让你一次搞定开关电源设计时PCB布局关键

　　目前的交换式稳压器和电源设计更精巧、性能也更强大，但其面临的挑战之一，在于不断加速的开关频率使得PCB设计更加困难。PCB布局正成为区分一个开关电源设计好坏的分水岭。本文将就如何在第一次就实现良好PCB布局提出建议。

　　以一个将24V降为3.3V的3A交换式稳压器为例。乍看之下，一个10W稳压器不会太困难，所以设计师通常会忍不住直接进入建构阶段。

　　不过，在采用像美国国家半导体的Webench等设计软件后，我们可观察该构想实际上会遭遇哪些问题。输入上述要求后，Webench会选出该公司‘SimplerSwitcher’系列的LM25576（一款包括3AFET的42V输入组件）。它采用的是带散热垫的TSSOP-20封装。

　　Webench选项包括对体积或效率的设计最佳化，这些均为单一选项。即高效率要求低开关频率（降低FET内的开关损耗）。因此需要大容量的电感和电容，因而需更大PCB空间。

　　注意：最高效率是84%，且此最高效率是当输入-输出间的压差很低时实现的。此例中，输入/输出比率大于7。一般情况，用两个级降低级-级比率，但透过两个稳压器得到的效率不会更好。

　　接着，我们选择最小PCB面积的最高开关频率。高开关频率最可能在布局方面产生问题。随后Webench产生包含所有主动和被动组件的电路图。

　　电路设计

　　参考图1的电流通路：把FET在导通状态下流经的通路标记为红色；把FET在关断状态下的回路标记为绿色。我们观察到两种不同情况：两种颜色区域和仅一种颜色的区域。我们必须特别关注后一种情况，因为此时电流在零以及满量程电压间交替变化。这些均为高di/dt区域。

　　

　　图1

　　高di/dt的交流电在PCB导线周围产生大量磁场，该磁场是该电路内其它组件甚至同一或邻近PCB上其它电路的主要干扰源。由于假设公共电流路径不是交流电，因此它不是关键路径，di/dt的影响也小得多。另一方面，随着时间变化，这些区域的负载更大。本例中，从二极管阴极到输出以及从输出地到二极管阳极是公共通路。当输出电容充放电时，该电容具有极高的di/dt。连接输出电容的所有线路必须满足两个条件：由于电流大，它们要宽；为最小化di/dt影响，它们必须尽量短。

　　

　　图2

　　事实上，设计师不应采用把导线从Vout和接地引至电容的所谓传统布局方法。这些导线应是流经大交流电的。将输出和接地直接连至电容端子是更好的方法。因此，交替变化的电流仅展现在电容上。连接电容的其它导线现在流经的几乎是恒定电流，且与di/dt相关的任何问题都已被解决。

　　

　　图3

　　接地设计是另一个经常发生误解之处。只是简单地在‘level2’放置一个地平面并将全部接地连接连至其上并不会获得好的结果。

　　

　　图4