淺談開關(guān)電源在電路板上的設(shè)計要點

隨著科技的快速發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品“小、輕、久”的追求，體積大，效率低的線性電源逐漸被外形小巧，性能更好的開關(guān)電源所代替。

為了滿足設(shè)計需要，不少產(chǎn)品把開關(guān)電源電路與其它功能電路集成在一塊PCB（電路板）上設(shè)計，這樣就帶來了一個不可避免的問題，開關(guān)電源設(shè)計的好壞會直接影響到整個產(chǎn)品的性能。如何降低這種不好的影響？接下來從PCB設(shè)計角度來談一談。

如圖1所示，開關(guān)電源主要由輸入電網(wǎng)濾波器、整流濾波器、變壓器、輸出濾波器、控制電路、保護電路幾部分組成。從PCB設(shè)計上可以分為如下三個部分的電路：

1 主電路

（1）輸入濾波器：將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時阻礙自身產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。

（2）整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑直流電，以供下一級變換。

（3）逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

（4）輸出整流與濾波：根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2 控制電路

一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。

3 檢測電路

除了提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。

下面是總結(jié)的一些開關(guān)電源的布局布線的設(shè)計要點：

（1）布局盡量緊湊，功率回路布線盡量粗短。

（2）考慮大電流通道和載流能力；所以輸入、輸出及主鏈路上走線、銅皮要盡量寬；換層時載流過孔要足夠多，并且在附近添加一定數(shù)量的地過孔作為回流。

（3）分清交流通路，減少噪聲。

（4）輸出共地采樣反饋信號遠離調(diào)制輸出電感、MOS管和噪聲區(qū)域等，且最好包地處理或走在其他干凈的層面，當然要注意反饋信號需要接到輸出濾波電容（一般小電容）之后。

（5）開關(guān)電源是強烈的EMI輻射源，主要來源是開關(guān)管與電感連接的網(wǎng)絡(luò)、電感、開關(guān)管；所以電感和開關(guān)管要盡量靠近，而開關(guān)管與電感連接的網(wǎng)絡(luò)也是載流主通路，所以盡量寬但面積最小，也因此要確定其在板上的位置，應(yīng)遠離時鐘、接口等敏感器件擺放，也應(yīng)該遠離高速的、敏感的信號等；其底部最好不要有走線，特別是鄰近的層面。

（6）確定原理框圖中各個部分的核心器件：輸入整流（可選）、輸入濾波、開關(guān)管、控制電路、輸出濾波。

①開關(guān)管：布局緊湊，布局考慮大電流通道，輸入輸出的地能夠直接相連，且環(huán)路面積最?。欢乙话阆鹿艿妮d流需要更大，所以我們會?？吹较鹿苁莾蓚€MOS管；由于其溫度也很高，一般其帶散熱焊盤并在PCB其他層也鋪上銅皮，通過一定數(shù)量的過孔連接散熱，但此時要注意，開關(guān)電源主要的EMI輻射來源就是開關(guān)管與電感連接處，所以在實際PCB設(shè)計時要衡量取舍。

②輸入濾波：緊靠開關(guān)管，確保能做到先濾波再進入開關(guān)管；先大電容，后小電容。

③輸出濾波：緊靠開關(guān)管，確保先濾波再進入單板平面；先大電容，后小電容。

④控制電路的采樣電路：采樣電阻放在輸出濾波與比較電路的中間，布局時保證采樣電路盡量靠近芯片管腳，靠近比較電路；控制電路的比較電路，靠近控制芯片擺放；控制電路本身的濾波網(wǎng)絡(luò)：電容盡量靠近相應(yīng)管腳；開關(guān)管部分盡量粗短，一般用鋪銅實現(xiàn)；輸入輸出濾波：注意到電源平面的過孔數(shù)目和位置，在濾波電容之后；控制電路的采樣：模擬信號，采樣點在輸出濾波之后，如果有電流采樣和電壓采樣，布成差分線的緊耦合形式，采樣線盡量短，減小受干擾的空間；控制電路的調(diào)制輸出：模擬信號，不要在開關(guān)管下走長線，遠離大電流的電源和地的區(qū)域。

（7）開關(guān)管的門控信號：短、粗且遠離干擾源；首先保證下管。

（8）控制芯片：遠離電感、MOS管；首先保證遠離電感。

（9）地信號處理：地原則上是所有能鋪地的地方都可以鋪地，大面積的地有利于屏蔽噪聲，也有利于不同信號之間的隔離。

再次強調(diào)下對于常用的開關(guān)電源電路來說我們要重點抓住幾個設(shè)計要點：

（1）功率優(yōu)先，再布信號。

（2）區(qū)分敏感信號線和噪聲區(qū)。

（3）地平面的處理。

總的來說，PCB上開關(guān)電源的設(shè)計在某種程度上是設(shè)計經(jīng)驗積累的過程，不同產(chǎn)品上的設(shè)計可能會有區(qū)別，但本質(zhì)上是不變。抓住主要的設(shè)計思路，以不變應(yīng)萬變，便可以設(shè)計出可靠的產(chǎn)品來。

收稿日期：2018-5-15