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1、開關電源的PCB布線設計????????????開關電源PCB排版是開發(fā)電源產品中的一個重要過程。許多情況下，一個在紙上設計得非常完美的電源可能在初次調試時無法正常工作，原因是該電源的PCB排版存在著許多問題．??????????0、引言???為了適應電子產品飛快的更新換代節(jié)奏，產品設計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的線路板上。由于開關電源產生的電磁干擾會影響到其電子產品的正常工作，正確的電源PCB排版就變得非常重要。開關電源PCB排版與數字電路PCB排版完全不一樣。在數字電路排版中，許多數字芯片可以通過PCB軟件來自動
2、排列，且芯片之間的連接線可以通過PCB軟件來自動連接。用自動排版方式排出的開關電源肯定無法正常工作。所以，沒計人員需要對開關電源PCB排版基本規(guī)則和開關電源工作原理有一定的了解。1、開關電源PCB排版基本要點1.1電容高頻濾波特性???圖1是電容器基本結構和高頻等效模型。電容的基本公式是????式(1)顯示，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電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)二個寄生參數。圖2是電容器在不同工作頻率下的阻抗(Zc)。???一個電容器的諧振頻率(fo)可以從它自身電容量(C)和等效串聯電感量(
3、LESL)得到，即????????當一個電容器工作頻率在fo以下時，其阻抗隨頻率的上升而減小，即??????當電容器工作頻率在fo以上時，其阻抗會隨頻率的上升而增加，即??????當電容器工作頻率接近fo時，電容阻抗就等于它的等效串聯電阻(RESR)。???電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯電感。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電感，因而它的諧振頻率會高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。瓷片電容器電容量和等效串聯電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠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
4、于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會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，多個不同特性的電容器可以并聯起來使用。圖3是多個不同特性的電容器并聯后阻抗改善的效果。???電源排版基本要點1旁路瓷片電容器的電容不能太大，而它的寄生串聯電感應盡量小，多個電容器并聯能改善電容的高頻阻抗特性。???圖4顯示了在一個PCB上輸入電源(Vin)至負載(RL)的不同走線方式。為了降低濾波電容器(C)的ESL，其引線長度應盡量減短；而Vin。正極至RL和Vin負極至R1的走線應盡量靠近。1.2電感高頻濾波特性???圖5中的電
5、流環(huán)路類似于一匝線圈的電感。高頻交流電流所產生的電磁場R(t)將環(huán)繞在此環(huán)路的外部和內部。如果高頻電流環(huán)路面積(Ac)很大，就會在此環(huán)路的內外部產生很大的電磁干擾。???電感的基本公式是??????從式(5)可知，減小環(huán)路的面積(Ac)和增加環(huán)路周長(lm)可減小L。???電感通常存在等效并聯電阻(EPR)和等效并聯電容(Cp)二個寄生參數。圖6是電感在不同工作頻率下的阻抗(ZL)。???諧振頻率(fo)可以從電感自身電感值(L)和它的等效并聯電容值(Cp)得到，即??????當一個電感工作頻率在fo以下時，電感阻抗隨頻率的上升而增加，即?????????當電感工作頻率在fo以
6、上時，電感阻抗隨頻率的上升而減小，即??????當電感工作頻率接近fo時，電感阻抗就等于它的等效并聯電阻(REPR)。???在開關電源中電感的Cp應該控制得越小越好。同時必須注意到，同一電感量的電感會由于線圈結構不同而產生不同的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構下不同的Cp值。圖7(a)電感的5匝繞組是按順序繞制。這種線圈結構的Cp值是l匝線圈等效并聯電容值(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l和5非?？拷?。這種線圈結構所產牛的Cp是1匝線圈C值的兩倍。???可以看到，相同電感量的兩種電感
7、的Cp值居然相差達數倍。在高頻濾波上如果一個電感的Cp值太大，高頻噪音就會很容易地通過Cp直接耦合到負載上。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PCB上Vin通過L至負載(RL)的不同走線方式。為了降低電感的Cp,電感的二個引腳應盡量遠離。而Vin正極至RL和Vin負極至RL的走線應盡量靠近。???電源排版基本要點2電感的寄生并聯電容應盡量小，電感引腳焊盤之間的距離越遠越好。1.3鏡像面???電磁理論中的鏡像面概念對設計者掌握開關電源的PCB排版會有很大的幫助。圖9是
