许多开关电源的负载远离电源的输出端口。为了避免输出走线受到电源自身或周边电子器件所产生的电磁波干扰,输出电源走线必须像图6中那样靠得很近。输出电流环路的面积也必须减小。
图6 电源输出直流电流环路
系统板上不同电路需要不同接地层,不同电路的接地层通过单点与电源接地层相连接
新一代电子产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路及开关电源电路。为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数手电路的影响,通常需要分隔不同电路的接地层。如果选用多层PCB,不同电路的接地层可由不同PCB板层来分隔。如果整个产品只有一层接地层,则必须像图7中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔或是在单层PCB上进行地层分隔,不同电路的地层都应该通过单点与开关中源的接地相连接。
图7 电路接地层与电源接地层的单店连接
开关电源PCB排版技术规则应用举例
回到图8(a)的开关电源原理图;通常首先需要知道电源高频交流电流的路径,并能够区分小信号控制电路和功率电路元器件及其走线、图8(a)将传统电源原理图(即,没有粗黑线的电路图)区分成控制电路部分和功率电路部分。一般来讲,电源的功率电路主要包括输入滤波电容,输出滤波电容,滤波电感,上下端功率场效应管。控制电路主要包括PWM控制芯片,旁路电容,自举电路,反馈分压电阻,反馈补偿电路。
图8(a) 电源控制电路(细线)和功率电路(粗线)
电源功率电路PCB排版
电源功率器件在PCB上正确的放置和走线将决定整个电源工作是否正常。图8(b)更进一步显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。由于从输入滤波电容(CIN),上端场效应管(Q1)和下端场效应管(Q2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交流电流,所以由CIN-Q1-Q2所形成的环路面积要尽量减小。同时由下端场效应管(Q2),电感(L),和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也需要尽量减小。
图8(b) 开关电源功率电路上的电流和电压