開關(guān)電源PCB排版基本要點(diǎn)：電容高頻濾波特性

為了適應(yīng)電子產(chǎn)品飛快的更新?lián)Q代節(jié)奏，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師更傾向于選擇在市場上很容易采購到的AC/DC 適配器，并把多組直流電源直接安裝在系統(tǒng)的線路板上。

由于開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)影響到其電子產(chǎn)品的正常工作，正確的電源PCB 排版就變得非常重要。開關(guān)電源PCB 排版與數(shù)字電路PCB 排版完全不一樣。

在數(shù)字電路排版中，許多數(shù)字芯片可以通過PCB 軟件來自動(dòng)排列，且芯片之間的連接線可以通過PCB 軟件來自動(dòng)連接。用自動(dòng)排版方式排出的開關(guān)電源肯定無法正常工作。

所以，設(shè)計(jì)人員需要對開關(guān)電源PCB 排版基本規(guī)則和開關(guān)電源工作原理有一定的了解。

開關(guān)電源PCB排版基本要點(diǎn)01

電容高頻濾波特性

下圖是電容器基本結(jié)構(gòu)和高頻等效模型

電容的基本公式是 C=εrε0

從公式上可以看出：減小電容器極板之間的距離（d）和增加極板的截面積（A）將增加電容器的電容量。電容通常存在等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）二個(gè)寄生參數(shù)。

下圖是電容器在不同工作頻率下的阻抗（ZC）

電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低，所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感，因而它的諧振頻率會(huì)高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。

瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠(yuǎn)高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會(huì)比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時(shí)不能光選用電容值過高的瓷片電容器。

為了改善電容的高頻特性，多個(gè)不同特性的電容器可以并聯(lián)起來使用。圖3 是多個(gè)不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。

電源排版基本要點(diǎn)?1 ?旁路瓷片電容器的電容不能太大，而它的寄生串聯(lián)電感應(yīng)盡量小，多個(gè)電容器并聯(lián)能改善電容的高頻阻抗特性。

圖4 顯示了在一個(gè)PCB上輸入電源（Vin）至負(fù)載（RL）的不同走線方式。為了降低濾波電容器（C） 的ESL，其引線長度應(yīng)盡量減短；而Vin正極至RL和Vin負(fù)極至RL的走線應(yīng)盡量靠近。

02

電感高頻濾波特性

圖5 中的電流環(huán)路類似于一匝線圈的電感。高頻交流電流所產(chǎn)生的電磁場B（t）將環(huán)繞在此環(huán)路的外部和內(nèi)部。如果高頻電流環(huán)路面積（AC）很大，就會(huì)在此環(huán)路的內(nèi)外部產(chǎn)生很大的電磁干擾。

電感通常存在等效并聯(lián)電阻（EPR）和等效并聯(lián)電容（CP）二個(gè)寄生參數(shù)。圖6 是電感在不同工作頻率下的阻抗（ZL）。

在開關(guān)電源中電感的CP應(yīng)該控制得越小越好。同時(shí)必須注意到，同一電感量的電感會(huì)由于線圈結(jié)構(gòu)不同而產(chǎn)生不同的CP值。圖7 就顯示了同一電感量的電感在二種不同的線圈結(jié)構(gòu)下不同的CP值。

圖7（a）電感的5 匝繞組是按順序繞制。這種線圈結(jié)構(gòu)的CP值是1 匝線圈等效并聯(lián)電容值（C）的1/5。圖7（b）電感的5 匝繞組是按交叉順序繞制。其中繞組4 和5 放置在繞組1、2、3 之間，而繞組1 和5 非?？拷?。這種線圈結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的CP值是1 匝線圈C值的兩倍。

可以看到，相同電感量的兩種電感的CP值居然相差達(dá)數(shù)倍。在高頻濾波上如果一個(gè)電感的CP值太大，高頻噪音就會(huì)很容易地通過CP直接耦合到負(fù)載上。這樣的電感也就失去了它的高頻濾波功能。

圖8 顯示了在一個(gè)PCB上Vin通過L至負(fù)載（RL）的不同走線方式。為了降低電感的CP，電感的二個(gè)引腳應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。而Vin正極至RL和Vin負(fù)極至RL的走線應(yīng)盡量靠近。

電源排版基本要點(diǎn) 2 電感的寄生并聯(lián)電容應(yīng)盡量小，電感引腳焊盤之間的距離越遠(yuǎn)越好。