开关电源电路板设计基础 电气工程系 电气工程系 认识开关电源电路板 一 电气工程系 电气工程系 电气工程系 绝缘距离 高电压 高耗散 散热布局 冷却 强弱、磁电 元件布局 布线 铜皮厚度 大电流 铜皮宽度 开关电源电路板与普通弱电控制板制作有何不同？ 1OZ的铜皮电流能力约为1A/mm 线间距为1mm(40mil)时，线间最大耐压为200V 电气工程系 无隔离BUCK电路 1 1 电流环路 开关电源电路制板分析 二 电气工程系 输入电源 电流环路 功率管交流 电流环路 输出整流器交 流电流环路 输出电源 电流环路 电气工程系 如果输入或输出环与功率开关或整流环的连接没有直接接到电容 的两端，交流能量就会从输入或输出滤波电容上流进流出，并通 过输入和输出电流环“逃逸”到外面环境中。 n输入和输出滤波电容接线端的放置很重要。 输入电源和输出电流环路 电气工程系 功率开关和整流器的交流电流环路 n包含PWM开关电源典型的梯形电流波形； n交流电流环路的布线要在其他引线之前布好； n使滤波电容、功率开关管（或整流器）、电感（或变压 器）尽可能的靠近，且布局方向使得连线更短。 电气工程系 2 2 交流电压节点 每个开关电源都有一个交流电压最大节点 无隔离拓扑中交流节点与电感和续流二极管相连 隔离拓扑中有多少个绕组就有多少节点，但也只是一个节点映射成多个 发射EMI的同时，很容易通过电容方式耦合到不同层上的邻近导线上去 电气工程系 电容模型 当电容器工作频率在 f0 以下时: 当电容器工作频率在 f0 以上时: 当电容器工作频率接近 f0 时: 谐振频率: 电气工程系 电容并联高频特性 电源布板基本要点之一： 旁路瓷片电容的电容量不易太大, 而它的寄生串 联电感量应该尽量减小。 多个电容并联能改善单个电容的阻抗特性。 最小容量的瓷片电容应最靠近负载。 电气工程系 电气工程系 为了减小滤波电容的等效串联电阻（ESR）,经常用多个电容并联; 多个电容并联可以分摊纹波电流. 不合理 电气工程系 合理 电容从纹波电流源开始呈“放射性” 对称布置 均分纹波电流 电气工程系 电气工程系 电感模型 L: 电感值 EPR: 等效并联电阻 Cp: 等效并联电感 Ac: 电流环路截面结 Lm: 电流环路周长 电气工程系 电源布板基本要点之二： 电感的寄生串联电容量应该尽量减小。 电感引脚之间的距离越远越好。 电气工程系 电感特性 电气工程系 电源布板基本要点之三： 避免在地层上放置任何功率或信号走线。 电气工程系 镜象面概念 电气工程系 电气工程系 电气工程系 电源布板基本要点之四： 高频交流环路的面积应该尽量减小。 电气工程系 高频交流电流环路 电气工程系 电气工程系 电源步版基本要点之五： 过孔放置不应破坏高频交流电流在地层上路径 。 电气工程系 过孔 (VIA) 的例子 电气工程系 电源布版基本要点之六： 模拟电源层与数字地层不应有重叠。 信号层应有相应的地层。 电气工程系 PCB板层分割 电气工程系 电源布板基本要点之七： 要减小 PCB 走线的电感，减小 PCB 走线长度 要减小过孔的电感，放置多个过孔 电气工程系 焊盘(PAD)和去耦电容的放置 焊盘 电气工程系 去耦电容 电气工程系 电源布板基本要点之八： 交流节点焊盘面积要尽量小。 交流节点焊盘下不要走信号线。 交流节点焊盘与信号线之间需电源层或地隔离 电气工程系 增加散热面积和减小容性耦合到其他PCB引线的方法 导线越窄越好 导线越宽越好 EMC 导电散热 电气工程系 电源布板基本要点之九： 功率器件所组成的电流环路面积要小。 电气工程系 降压式(BUCK)电源：功率部分电流和电压波形 电气工程系 降压式电源布局差的例子 电路等效图 Minimize These Inductances 电气工程系 降压式电源布局的范例： 电气工程系 电源排版基本要点之十： 功率器件接功率地 信号器件接信号地 功率地与信号地单点连接 （一根很短导线或一 个或多个过孔） 降压式电源排版的例子 电气工程系 地线短而宽 控制地敏感，应为产生控制IC所要检测的小电压的所有器件的公共连接点 输入电容的公共端应作为其他交流电流的唯一接点 电气工程系 1放置变压器或电感。 2布置功率开关管电流环路。 3布置输出整流器电流环路。 4把控制电路与交流功率电路连接。 5布置输入环路和输入滤波器。 6布置输出负载环路和输出滤波。 开关电源PCB制作的最佳方法