工程师详解非隔离式开关电源PCB布局设计技巧.docx

非隔离式开关电源的PCB布局设计是电力电子领域中至关重要的一步，它直接影响到电源的性能、效率和稳定性。良好的布局能够优化电源效率，降低热应力，减少噪声和组件间的交互影响。以下是一些关键的设计要素和技巧： 1. **布局规划**：电源输出应尽可能接近负载，以减少互连阻抗和传导压降，提高电压调节和负载瞬态响应。同时，考虑散热路径，避免大型无源元件阻碍空气流动，特别是对于功率MOSFET和PWM控制器。 2. **信号隔离**：避免在电源下方布置敏感信号线，以防开关噪声干扰。如果无法避免，应设置内部接地层作为屏蔽。在多层板设计中，通常会在功率层和小信号层之间布置直流地或电压层，减少耦合噪声。 3. **地层和电压层**：地层或直流电压层不应被分割，如果必须分割，应减少走线数量和长度，并与大电流方向一致，以减小影响。图1展示了不良和良好的层结构示例。 4. **功率级布局**：首先布置功率级电路，包括处理大电流的元件。大电流走线应短而宽，减少电感、电阻和压降。脉冲电流路径应特别注意，以减少辐射和电压振铃。高频去耦电容的选择也很关键，应选择具有低ESL和ESR的X5R或X7R陶瓷电容。 5. **热回路设计**：热回路的布放要尽可能缩小圆周，缩短走线，以减少寄生电感引起的辐射和电压尖峰。使用多个过孔连接大电流回路，降低阻抗。 6. **同步降压/升压转换器布局**：根据转换器类型（如图2和4所示），高频去耦电容应靠近关键节点，如控制FET和同步FET。例如，在升压转换器中，CHF电容应靠近MOSFET QB和升压二极管D。 非隔离式开关电源的PCB布局设计是一个综合考虑效率、散热、噪声抑制和信号完整性的过程。设计师需要深入理解电源的工作原理，与PCB布局人员紧密协作，确保在设计初期就考虑到所有这些因素，从而实现高效、可靠的电源设计。