讓你一次搞定開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)PCB布局關(guān)鍵

　　目前的交換式穩(wěn)壓器和電源設(shè)計(jì)更精巧、性能也更強(qiáng)大，但其面臨的挑戰(zhàn)之一，在于不斷加速的開(kāi)關(guān)頻率使得PCB設(shè)計(jì)更加困難。PCB布局正成為區(qū)分一個(gè)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)好壞的分水嶺。本文將就如何在第一次就實(shí)現(xiàn)良好PCB布局提出建議。

　　以一個(gè)將24V降為3.3V的3A交換式穩(wěn)壓器為例。乍看之下，一個(gè)10W穩(wěn)壓器不會(huì)太困難，所以設(shè)計(jì)師通常會(huì)忍不住直接進(jìn)入建構(gòu)階段。

　　不過(guò)，在采用像美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的Webench等設(shè)計(jì)軟件后，我們可觀察該構(gòu)想實(shí)際上會(huì)遭遇哪些問(wèn)題。輸入上述要求后，Webench會(huì)選出該公司‘SimplerSwitcher’系列的LM25576（一款包括3AFET的42V輸入組件）。它采用的是帶散熱墊的TSSOP-20封裝。

　　Webench選項(xiàng)包括對(duì)體積或效率的設(shè)計(jì)最佳化，這些均為單一選項(xiàng)。即高效率要求低開(kāi)關(guān)頻率（降低FET內(nèi)的開(kāi)關(guān)損耗）。因此需要大容量的電感和電容，因而需更大PCB空間。

　　注意：最高效率是84%，且此最高效率是當(dāng)輸入-輸出間的壓差很低時(shí)實(shí)現(xiàn)的。此例中，輸入/輸出比率大于7。一般情況，用兩個(gè)級(jí)降低級(jí)-級(jí)比率，但透過(guò)兩個(gè)穩(wěn)壓器得到的效率不會(huì)更好。

　　接著，我們選擇最小PCB面積的最高開(kāi)關(guān)頻率。高開(kāi)關(guān)頻率最可能在布局方面產(chǎn)生問(wèn)題。隨后Webench產(chǎn)生包含所有主動(dòng)和被動(dòng)組件的電路圖。

　　電路設(shè)計(jì)

　　參考圖1的電流通路：把FET在導(dǎo)通狀態(tài)下流經(jīng)的通路標(biāo)記為紅色；把FET在關(guān)斷狀態(tài)下的回路標(biāo)記為綠色。我們觀察到兩種不同情況：兩種顏色區(qū)域和僅一種顏色的區(qū)域。我們必須特別關(guān)注后一種情況，因?yàn)榇藭r(shí)電流在零以及滿量程電壓間交替變化。這些均為高di/dt區(qū)域。

　　圖1

　　高di/dt的交流電在PCB導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生大量磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)是該電路內(nèi)其它組件甚至同一或鄰近PCB上其它電路的主要干擾源。由于假設(shè)公共電流路徑不是交流電，因此它不是關(guān)鍵路徑，di/dt的影響也小得多。另一方面，隨著時(shí)間變化，這些區(qū)域的負(fù)載更大。本例中，從二極管陰極到輸出以及從輸出地到二極管陽(yáng)極是公共通路。當(dāng)輸出電容充放電時(shí)，該電容具有極高的di/dt。連接輸出電容的所有線路必須滿足兩個(gè)條件：由于電流大，它們要寬；為最小化di/dt影響，它們必須盡量短。

　　圖2

　　事實(shí)上，設(shè)計(jì)師不應(yīng)采用把導(dǎo)線從Vout和接地引至電容的所謂傳統(tǒng)布局方法。這些導(dǎo)線應(yīng)是流經(jīng)大交流電的。將輸出和接地直接連至電容端子是更好的方法。因此，交替變化的電流僅展現(xiàn)在電容上。連接電容的其它導(dǎo)線現(xiàn)在流經(jīng)的幾乎是恒定電流，且與di/dt相關(guān)的任何問(wèn)題都已被解決。

　　圖3

　　接地設(shè)計(jì)是另一個(gè)經(jīng)常發(fā)生誤解之處。只是簡(jiǎn)單地在‘level2’放置一個(gè)地平面并將全部接地連接連至其上并不會(huì)獲得好的結(jié)果。

　　圖4