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电源PCB结构注重事项总结
时间:2023-05-19
泉源: 金狮贵宾会科技
电源作为系统应用中给其他功效供电的�？？？？？�，，有着十分主要的职位。。。。。。在电源设计中，，好的PCB设计能够优化电源效率，，缓驱逐热压力以及降低噪声，，包管电源的输出准确而稳固。。。。。。现在工业、车载、通讯、消耗类等州产品应用都提出了小型化、智能化的需求，，响应这些系统对电源计划提出了小型化的要求。。。。。。本文针对板上电源的PCB结构举行总结，，形成了可供参考的电源PCB结构注重事项。。。。。。
一、PCB结构基础原则
1.1 电源的位置选择
首先关于板上电源，，需要在系统结构初期就思量其位置。。。。。。一个主要的原则是电源需要安排在负载的周围，，避免PCB走线过长，，造成负载端的现实电压与电源设定的输出电压压差过大，，影响供电精度，，动态负载响应变慢，，电源效率降低。。。。。。除了位置，，还需要对电源面积有合理的预估，，不然许多必需遵守的PCB结构准则无法实现，，电源的事情性能无法包管。。。。。。
同时，，若是系统有电扇散热，，将电源安排在出风口，，有助于电源散热，，提升电源效率。。。。。。为了包管电扇散热的有用性，，需要思量散热路径，，包管高的无源器件（如电感、电解电容等）不会阻碍矮的有源器件（如MOS管、PWM控制器等）的散热通道。。。。。。
1.2 多层PCB的设计
在多层板设计中，，建议在大电流层（如输入电压或者输出电压）和敏感的小信号层之间加一层地或者直流电压层，，做为屏障层。。。。。。地层或者直流电压层能够有用的把敏感的小信号和功率回路举行隔离，，避免对小信号爆发滋扰。。。。。。关于地层或者直流电压层结构，，基来源则是只管少走线，，包管整个层是一个整体，，不被切割。。。。。。必需要走线的话，，也要包管这些线和功率层的大电流布线偏向一致，，镌汰滋扰。。。。。。
表格1 推荐的PCB层设计及不良设计
表格1不良设计中，，小信号层被夹在地层和大电流层之间，，这样会增添小信号层和大电流层间的电容耦合，，小信号容易受到滋扰。。。。。。
二、功率器件结构
开关电源电路由功率回路和小信号控制回路组成。。。。。。功率回路包括流经大电流的器件，，例如电感、电容、MOS管等，，这部分器件需要优先结构。。。。。。小信号控制回路包括反响电阻、赔偿网络、频率设定、过流设定等，，这部分器件一样平常安排在电源芯片特定的位置。。。。。。
2.1 功率线蹊径宽盘算
由于功率线路流过的电流较大，，若是线宽太小，，会造成线路消耗增添，，PCB温度升高。。。。。。
适用于电流有用值从1A到20A的线宽盘算，，其中W是线宽，，单位为mil，，I是电流，，单位为A，，Tcu是PCB的铜重量，，单位是OZ。。。。。。以5A电流，，1OZ的铜重量为例，，对应的最小线宽是120mil。。。。。。
以下是线宽的履历公式：
2.2 大电流转变率的回路结构
所有的元器件，，包括PCB走线都会保存寄生电感、寄生电容和寄生电阻。。。。。。大电流转变率会在寄生电感上爆发电压尖峰，，电压尖峰会增添元器件的耐压要求，，同时向外撒播滋扰，，降低EMI测试通过的可能性。。。。。。
图1 Buck电路基本结构
图1给出了Buck电路的基本结构，，首先用绿线画出上管开通时的电流路径，，然后用红线画出上管关闭时的电流路径。。。。。。电路当中只有一种颜色的部分就是大电流转变率的回路。。。。。。这种要领对所有的电路拓扑都适用。。。。。。
图2 Buck电路大电流转变率回路
如图2所示，，蓝色部分为Buck电路大电流转变率回路，，需要确保这个回路的地和地平面疏散，，单点毗连。。。。。。唬�；； ；；芈分械母咂等ヱ畹缛菀谎匠Ｈ≈倒婺Ｔ�0.1uF到10uF，，类型为X5R或者X7R的陶瓷电容。。。。。。高频陶瓷电容的特点是寄生电感和寄生电阻小，，能够给大电流转变率的电流提供优异的路径。。。。。。
图3 boost电路基本结构
图4 boost电路大电流转变率回路
和Buck电路类似，，关于Boost电路也可以接纳一样的要领举行剖析和结构。。。。。。图3、图4划分出给了Boost电路的基本电路结构，，大电流转变率回路。。。。。。
2.3 高电压转变率节点结构
开关电源中，，开关管MOS和续流二极管或者同步整流MOS管中心的节点电压在地和高电压之间一直切换，，电压转变率很高，，这个节点上的振铃电压是EMI噪声的主要爆发源。。。。。。为了避免噪声耦合到对噪声敏感的小信号线路，，需要将开枢纽点的面积只管减小。。。。。。可是这个节点流经的电流很大，，这里的铜有助于MOS管以及二极管的散热，，以是这个节点也不可太小。。。。。。
图5 SCT2360 - 12V输入5V输出6A负载原理图
因此在多层板设计中，，最幸亏开枢纽点的下一层铺一块地平面，，提供特另外隔离，，避免噪声的撒播。。。。。。以SCT2360为例，，电感L1和SW的距离较近，，SW节点铜皮的面积在包管散热的条件下只管小，，降低噪声的撒播能力。。。。。。同时，，BST和SW相连的环路控制在最小。。。。。。这也得益于金狮贵宾会科技在设计芯片时就思量到该问题，，将SW和BST结构在相邻管脚。。。。。。
图6 SCT2360结构示例
2.4 高频滤波电容结构
高频滤波电容是一个很是主要的器件，，其主要给大电流转变率回路提供通路，，并在降低电压应力等方面起主要作用。。。。。。以SCT2360为例，，电容C3安排在离芯片的VIN PIN和PGND PIN最近的地方，，直接通过短而粗的线相连。。。。。。
表格2 高频滤波电容结构示例(无过孔)
表格3 高频滤波电容结构示例(有过孔)
2.5 多个电源结构
若是系统中保存多个供电电源共用一个输入源，，同时这些电源相互间不是同步事情的，，那么需要将这些电源的输入供电走线脱离，，避免各个电源之间的共模噪声通过输入及地举行撒播，，相互滋扰。。。。。。
表格4 多个电源结构示例
总结
80%的电源设计问题来自于PCB结构问题。。。。。。前期在PCB结构中投入足够的时间，，能有用的降低后期电源调试时间，，缩短开发周期。。。。。。SCT23xx系列产品，，在芯片PIN脚的优化，，可资助客户实现最优的PCB结构，，抵达最佳的电源使用性能。。。。。。
金狮贵宾会科技在电源芯片细节方面极致追求，，一连推出更多优异的电源芯片产品，，赋能客户实现最佳解决计划。。。。。。
