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《LED開關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線》

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發(fā)布時間：2024-07-17

作者：容祥安照明

《LED開關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線》

1.0 LED開關(guān)電源VS普通開關(guān)電源

2.0 PCB基本概念

3.0 元器件選擇

4.0 標(biāo)準(zhǔn)遵循

5.0 PCB規(guī)劃及DC-DC轉(zhuǎn)換器布局布線

5.1 PCB規(guī)劃

5.1.1 確定電源架構(gòu)

5.1.2 確定PCB材質(zhì)、尺寸和層數(shù)

5.1.3 PCB電路布局和布線

6.0 最常用DC-DC轉(zhuǎn)換器布局要點

6.1 DC-DC環(huán)流

6.2 DC-DC布局要點

6.2.1 PCB布局要點

6.2.2 輸入電容器的布局

6.2.3 續(xù)流二極管的布局

6.2.4 熱焊盤

LED開關(guān)電源之PCB規(guī)劃和布局布線

1.0 LED開關(guān)電源VS普通開關(guān)電源

LED開關(guān)電源和普通開關(guān)電源的區(qū)別主要在于它們的輸出特性和應(yīng)用場景。

LED開關(guān)電源具有較高的輸出電壓穩(wěn)定性。由于LED光源對電壓的要求較為嚴(yán)格，因此，LED開關(guān)電源采用了先進(jìn)的電壓穩(wěn)定控制技術(shù)，可以在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時保持相對穩(wěn)定的輸出電壓。由于大多數(shù)電子設(shè)備對電壓的要求相對寬松，因此，普通開關(guān)電源不像LED開關(guān)電源那樣注重電壓的精準(zhǔn)控制，其輸出電壓會有一定程度的波動。

LED開關(guān)電源采用高頻開關(guān)器件和高效變壓器，以最大程度地減少能量損耗來提高效率，使得它在節(jié)能環(huán)保方面表現(xiàn)出色。普能開關(guān)電源雖然也使用了高頻開關(guān)器件和變壓器，但由于其適用范圍較廣，設(shè)計上會權(quán)衡其它因素，如：成本和容量等，這使得它的能量轉(zhuǎn)換效率相對較低。

LED開關(guān)電源電路通常由開關(guān)電路和反饋電路組成，強調(diào)恒流、小體積、長壽命、低熱損和精準(zhǔn)輸出控制，還注重防水、防腐、防靜電，并要求減少高頻污染。普通開關(guān)電源更廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備，更側(cè)重于基本的電源功能轉(zhuǎn)換，強調(diào)輸出電壓的穩(wěn)定性、實用性和適應(yīng)性。

LED開關(guān)電源具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)、雷擊保護(hù)、浪涌保護(hù)、反接保護(hù)、短路保護(hù)、電磁保護(hù)等多重保護(hù)，功率因數(shù)（PF）可達(dá)0.99，相較普通開關(guān)電源使用更安全。

2.0 PCB基本概念

PCB是Printed Circuit Board的縮寫，中文名為印制電路板或印刷電路板。

它通過電子印刷技術(shù)在絕緣基材上印刷上銅箔或其他導(dǎo)體，形成所需的電路圖案，然后通過蝕刻或其他工藝完成電路的制作。

從結(jié)構(gòu)上看，PCB主要由薄膜金屬材料制成的導(dǎo)線和非導(dǎo)體基板構(gòu)成。這些導(dǎo)線按照預(yù)定的設(shè)計布局插入到非導(dǎo)體基板中，形成復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)。通過這種結(jié)構(gòu)，PCB可以將電子元器件固定在一個機(jī)械載體上，并通過導(dǎo)線實現(xiàn)它們之間的電氣連接。

在功能方面，PCB不僅提供了電子元器件固定裝配的機(jī)械支撐，還實現(xiàn)了電子元器件之間的布線、電氣連接、信號傳輸、熱管理、元件保護(hù)和電絕緣。

機(jī)械支撐與固定：PCB為電子元器件提供了穩(wěn)固的機(jī)械支撐和固定。元器件通過焊接或插入方式安裝在PCB上，確保了它們的準(zhǔn)確定位和穩(wěn)定性。

電氣連接：PCB上的金屬導(dǎo)線和接點網(wǎng)絡(luò)為電子元器件之間提供了電氣連接。這種連接實現(xiàn)了元器件之間的信號傳輸、功率分配和數(shù)據(jù)交換，是開關(guān)電源正常工作的基礎(chǔ)。

信號傳輸：PCB上的導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)作為信號傳輸?shù)耐ǖ溃沟秒娮釉骷軌蛳嗷ネㄐ拧＿@些信號可以是模擬信號，如圖像，也可以是數(shù)字信號，如數(shù)據(jù)和控制信號。

熱管理：PCB的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計有助于傳導(dǎo)和分散熱量，從而有效地管理電子元器件產(chǎn)生的熱量，防止過熱，提高系統(tǒng)的可靠性。

保護(hù)元器件：PCB還可以保護(hù)電子元器件免受機(jī)械損壞、灰塵、潮濕等外部環(huán)境的影響，確保元器件在惡劣環(huán)境中也能正常工作。

此外，PCB還能提供所需的電氣特性，確保開關(guān)電源的正常運行。其制造品質(zhì)直接影響開關(guān)電源的穩(wěn)定性和使用壽命，甚至影響與其緊密相關(guān)的LED產(chǎn)品的整體競爭力。

PCB線路是印制電路板上的導(dǎo)電圖形，它主要由線路與圖面、介電層、孔、防焊油墨、絲印和表面處理等部分組成。

線路與圖面是同時做出的，作為原件之間導(dǎo)通的工具，在設(shè)計上會另外設(shè)計大銅面作為接地及電源層。介電層用來保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱為基材。孔包括導(dǎo)通孔和非導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔可使兩層次以上的線路彼此導(dǎo)通，非導(dǎo)通孔通常用來作為表面貼裝定位和組裝時固定螺絲用。防焊油墨用于隔絕非吃錫的銅面，避免線路間短路。絲印主要功能是在電路板上標(biāo)注各零件的名稱、位置框，方便維修及辨識。表面處理是為了保護(hù)銅面不被氧化，提高焊錫性。

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，PCB可以分為單面板、雙面板和多層板。

3.0 元器件選擇

在PCB規(guī)劃和布局布線中，元器件的選擇是一個關(guān)鍵步驟，它直接影響到電路的性能、可靠性和成本。選擇合適的元器件需要綜合考慮多個因素，包括電路的功能和性能要求、元器件的規(guī)格和參數(shù)、封裝形式與尺寸、可靠性與壽命、供應(yīng)商的可選范圍、交貨時間與庫存可用性、替代性與兼容性、成本因素等，只有全面考慮這些因素，才能選擇出最適合的元器件，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.1 性能需求

性能需求是選擇PCB元器件的首要依據(jù)。根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，我們需要確定所需元器件的性能參數(shù)，如電阻值、電容值、電感值、工作電壓和電流等。同時，還需要考慮元器件的精度和穩(wěn)定性，以滿足產(chǎn)品的整體性能要求。

3.2 元器件的規(guī)格和參數(shù)

元器件的各項參數(shù)通常可以在其數(shù)據(jù)手冊中找到。查閱數(shù)據(jù)手冊載有元器件件的性能和適用條件，同時，數(shù)據(jù)手冊還可提供元器件的模型和封裝尺寸等信息，能幫助我們在作PCB規(guī)劃和布局布線時準(zhǔn)確地選用元器件。

3.3 封裝形式與尺寸

封裝形式和尺寸也是選擇PCB元器件時需要關(guān)注的重要方面。封裝形式?jīng)Q定了元器件在PCB上的安裝方式，而尺寸則影響PCB的布局和布線。在選擇元器件時，應(yīng)確保所選元器件的封裝形式與PCB設(shè)計相匹配，同時考慮元器件尺寸對布線密度和散熱性能的影響。

3.4 可靠性與壽命

元器件的可靠性和壽命直接關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使用壽命。在選擇元器件時，應(yīng)考慮其工作環(huán)境、溫度范圍、抗震能力等因素，并優(yōu)先選擇經(jīng)過嚴(yán)格測試和認(rèn)證、具有良好聲譽的供應(yīng)商和品牌。

3.5 供應(yīng)商的可選范圍

在選元器件時，還需考慮元器件的供應(yīng)商。不同的供應(yīng)商在元器件的質(zhì)量、價格、交貨期等方面會有一定的差異。因此，為保證元器件的可采購性和成本控制，需要對各個供應(yīng)商的元器件進(jìn)行比較和評估。

3.6 成本因素

成本是選擇PCB元器件時不可忽視的因素。在滿足性能、可靠性和封裝要求的前提下，應(yīng)盡量選擇價格合理的元器件，以降低產(chǎn)品成本。同時，也要注意避免為了追求低成本而犧牲產(chǎn)品的性能和可靠性。

3.7 交貨時間與庫存可用性

在選擇PCB元器件時，還需要考慮其交貨時間和庫存可用性。對于需要緊急生產(chǎn)的產(chǎn)品，應(yīng)選擇交貨時間較短的元器件；對于庫存有限的元器件，應(yīng)及時了解其供應(yīng)情況，以避免因缺貨而影響產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性（不得不選用替代品）和生產(chǎn)進(jìn)度。

3.8 替代性與兼容性

在選擇PCB元器件時，還應(yīng)考慮其替代性和兼容性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一些元器件可能會被淘汰或更新?lián)Q代。因此，在選擇元器件時，應(yīng)盡量選擇具有廣泛替代性的產(chǎn)品，以便在需要時能夠方便地更換或升級。同時，還需要考慮元器件與其他組件的兼容性，以確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.0 標(biāo)準(zhǔn)遵循

4.1 PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）線路規(guī)劃和布局布線所應(yīng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)通常包括以下幾個方面：

4.1.1 電氣性能標(biāo)準(zhǔn)，包括電氣安全、電氣性能參數(shù)等。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由國際電工委員會（IEC）或其他相關(guān)組織制定。

4.1.2 尺寸標(biāo)準(zhǔn)，包括板厚、線寬、線間距、孔徑等尺寸參數(shù)的設(shè)計要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC（Association Connecting Electronics Industries）或其他行業(yè)組織發(fā)布。

4.1.3 焊接標(biāo)準(zhǔn)，包括焊盤設(shè)計、焊接墊設(shè)計、阻焊、噴錫等焊接工藝的設(shè)計要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC或其他相關(guān)組織發(fā)布。

4.1.4 材料標(biāo)準(zhǔn)，包括PCB板材料、覆銅厚度、阻焊油墨、印刷油墨等材料的選用和使用要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由IPC或其他行業(yè)組織發(fā)布。

4.1.5 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，包括PCB在不同環(huán)境條件下的使用要求，如耐高溫、耐濕熱、抗震動等性能要求。這些標(biāo)準(zhǔn)通常由相關(guān)行業(yè)組織或國際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布。

4.2 PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）產(chǎn)品質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)

4.2.1 IPC-A-610：這是國際電子行業(yè)協(xié)會制定的PCBA檢驗標(biāo)準(zhǔn)，主要針對電子組裝產(chǎn)品的外觀、焊接、布局、尺寸和電氣連接等方面的要求進(jìn)行檢驗。

4.2.2 IPC-A-600：這是IPC制定的PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）檢驗標(biāo)準(zhǔn)，主要涵蓋PCB的尺寸、外觀、焊盤、布局、線路通斷等方面的要求。

4.2.3 J-STD-001：這是電子工業(yè)聯(lián)合會（JEDEC）制定的電子組裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要針對電子組裝的焊接工藝進(jìn)行檢驗。

4.2.4 ISO 9001：這是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)，包括了PCBA制造過程中的檢驗控制要求，如材料采購、生產(chǎn)過程和出貨檢驗等。

4.2.5 UL認(rèn)證：UL（Underwriters Laboratories）是一個獨立的安全科學(xué)機(jī)構(gòu)，其認(rèn)證標(biāo)志表示產(chǎn)品已經(jīng)通過了相關(guān)的安全測試和評估。

4.2.6 ROHS指令：ROHS（Restriction of Hazardous Substances）是歐盟制定的限制有害物質(zhì)的指令，要求電子產(chǎn)品中的某些有害物質(zhì)含量必須在特定限制范圍內(nèi)。

5.0 PCB規(guī)劃及DC-DC轉(zhuǎn)換器布局布線

5.1 PCB規(guī)劃

5.1.1確定電源架構(gòu)

開關(guān)電源主回路由輸入電路、變換器、控制電路和輸出電路四個板塊構(gòu)成。它們可包括：輸入濾波、輸入整流、高頻開關(guān)、采樣、基準(zhǔn)電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動、輸出整流、輸出濾波等電路以及功率因數(shù)校正、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)、雷擊保護(hù)、浪涌保護(hù)、反接保護(hù)、短路保護(hù)、電磁保護(hù)、同步整流、開關(guān)電源軟啟動、PWM（PFM）調(diào)制等輔助電路。

開關(guān)電源主回路中功率器件的連接方式，即，開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，但它們都是由BUCK（降壓型）、BOOST（升壓型）和BUCK-BOOST（極性反轉(zhuǎn)型）三種形式轉(zhuǎn)換而來，例如：丘克式（CUK）（極性反轉(zhuǎn)電容傳輸式）、單端正激式、單端反激式、雙晶體管正激式、推挽式、半橋式、全橋式等。

實際應(yīng)用中，可根椐功能需求對開關(guān)電源的主回路架構(gòu)、主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電流環(huán)路和輔助電路等進(jìn)行適宜性、合理性設(shè)定。

5.1.2 確定PCB材質(zhì)、尺寸和層數(shù)

5.1.2.1 PCB材質(zhì)

在PCB規(guī)劃過程中，板材的選擇和厚度確定是關(guān)鍵步驟。需要考慮的因素包括板材的應(yīng)用環(huán)境、電氣性能、機(jī)械性能、熱性能、可靠性要求、加工工藝和生產(chǎn)成本等。通常，高頻電路需要選擇低損耗的板材，而承重較大的PCB則需要選擇具有優(yōu)良機(jī)械性能的板材。此外，板材的厚度應(yīng)根據(jù)電路的復(fù)雜性和層數(shù)進(jìn)行合理選擇，以平衡強度、剛性和制造成本。

PCB板的熱性能主要指的是PCB板材在面對溫度變化時的各種物理和化學(xué)性能表現(xiàn)，包括但不限于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、熱分解溫度（Td）、熱膨脹系數(shù)（CTE）、耐熱裂時間（T260&T288值）以及阻燃等級。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：指PCB基材在加熱過程中從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。Tg值越高，表示基材的熱穩(wěn)定性越好，適用于高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

熱分解溫度（Td）：指PCB基材在加熱過程中開始分解的溫度。Td值越高，表示基材的熱穩(wěn)定性越好，能夠承受更高的溫度而不發(fā)生分解。

熱膨脹系數(shù)（CTE）：指PCB材料在溫度變化時線性膨脹或收縮的程度。CTE值意味著材料在溫度變化時的尺寸變化較小，有助于減少熱應(yīng)力對PCB的影響。

耐熱裂時間（T260&T288值）：表示在特定強熱環(huán)境中，PCB板材能夠抵抗Z軸膨脹多久而不致裂開，是評估材料在高溫環(huán)境下耐久性的重要指標(biāo)。

阻燃等級：指PCB材料在受到火焰或高溫時的燃燒性能，用于評估材料的阻燃性能。

這些熱性能參數(shù)共同決定了PCB板材在不同溫度環(huán)境下的表現(xiàn)，包括其機(jī)械強度、尺寸穩(wěn)定性、耐久性以及安全性等方面。因此，選擇具有合適熱性能參數(shù)的板材非常重要。

5.1.2.2 PCB的尺寸（和形狀）

PCB的尺寸和形狀與多個因素有關(guān)，包括但不限于設(shè)計需求、元器件布局、機(jī)械約束、制造成本、可維護(hù)性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計、熱設(shè)計考慮、制造過程、材料和組件、以及元器件放置順序。

設(shè)計需求：電路復(fù)雜度、信號完整性要求、電源分布需求等都會直接影響PCB板的尺寸。例如，一個復(fù)雜的電路系統(tǒng)可能需要更大的PCB板來容納更多的元器件和走線。

元器件布局：元器件的大小、間距、散熱要求以及與其他元器件的電氣連接都會對PCB板尺寸有直接影響。合理的布局可以在滿足電氣性能的同時，最小化PCB板的尺寸。

機(jī)械約束：PCB板在實際應(yīng)用中需要滿足的物理尺寸和形狀限制。例如，如果PCB板需要安裝到某個特定尺寸的機(jī)箱或設(shè)備中，那么其尺寸就必須符合這些機(jī)械約束。

制造成本：PCB板的面積越大，制造成本越高。因此，在滿足設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡量減小PCB板的尺寸以降低成本。

可維護(hù)性：較大的PCB板可能更容易進(jìn)行元器件更換和電路調(diào)試，但也會增加維護(hù)的復(fù)雜性。因此，在確定尺寸時需要在可維護(hù)性和成本之間找到平衡。

標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計：采用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計有助于減小PCB板的尺寸。通過設(shè)計可重復(fù)使用的模塊或子板，可以在不同的項目中共享設(shè)計成果，從而減小整體設(shè)計尺寸和降低成本。

熱設(shè)計考慮：對于高功率密度的PCB板，熱設(shè)計是至關(guān)重要的。在確定尺寸時，需要考慮散熱片、風(fēng)扇等散熱設(shè)備的安裝空間。

制造過程：包括基材大小、生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程等都會對PCB板尺寸產(chǎn)生限制。PCB板尺寸越大，其制造成本就越高，因此需要在設(shè)計階段進(jìn)行優(yōu)化以降低成本。

材料和組件：在設(shè)計過程中，需要考慮所用的材料以及元器件是否還在市場上流通。有些零件很難找到，既費時又昂貴。建議使用一些比較常用的部件進(jìn)行更換。

元器件放置：PCB設(shè)計必須考慮元器件放置的順序。適當(dāng)?shù)亟M織部件位置可以減少所需的裝配步驟，提高效率并降低成本。

確定PCB板的尺寸和形狀是一個涉及多個因素的復(fù)雜過程，需要在設(shè)計階段綜合考慮這些因素以達(dá)到最佳的設(shè)計效果和成本效益。

5.1.2.3 PCB層數(shù)

PCB的層數(shù)與多個因素有關(guān)，包括但不限于以下幾點：

用途和所需信號類型：PCB的使用場景（簡單或復(fù)雜的開關(guān)電源）以及需要傳輸?shù)男盘栴愋停ǜ哳l、低頻、地面或電源信號）是決定層數(shù)的重要因素。對于需要處理多種信號的應(yīng)用，可能需要多層PCB以提供不同的接地和隔離需求。

通孔類型：通孔的選擇，特別是如果使用掩埋過孔，可能需要更多的內(nèi)部層來滿足多層需求，從而影響PCB的層數(shù)。

信號層的密度和數(shù)量：PCB的層數(shù)還基于信號層和引腳密度。引腳密度降低時，層數(shù)可能會增加。例如，引腳密度為1可能需要2個信號層，而引腳密度小于0.2時可能需要10層或更多。

所需平面數(shù)：電源和接地平面的數(shù)量有助于降低EMI（電磁干擾）并屏蔽信號層。因此，層數(shù)的選擇還取決于所需平面的數(shù)量。

制造工藝和成本：多層PCB比單層PCB更昂貴。制造成本在很大程度上取決于所選的層數(shù)。

電路復(fù)雜性：PCB層數(shù)也取決于開關(guān)電源電流環(huán)路的復(fù)雜程度，即，開關(guān)電源主回路中核心器件的出線和元器件布局的難易程度。

總而言之，PCB材質(zhì)、尺寸和層數(shù)的選擇是一個綜合考慮多種因素的過程，包括電路的復(fù)雜程度、電子元器件的大小和數(shù)量、安裝空間的限制、制造成本和工藝條件以及應(yīng)用場景的要求等。

5.1.3 PCB電路布局和布線

就開關(guān)電源而言，PCB布局與電路設(shè)計同樣重要。合理的布局可以避免電源電路引起的各種問題。不合理的布局可能導(dǎo)致輸出和開關(guān)信號疊加引起噪聲增加、調(diào)節(jié)性能惡化、穩(wěn)定性欠佳等問題。

電路布局，即，在給定空間內(nèi)，根椐選定的電源架構(gòu)及其主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開關(guān)電源性能要求和PCB尺寸，對PCB上元器件的安裝以及供電輸入端和負(fù)載端進(jìn)行布局。

通常，開關(guān)電源主要由以下四部分電路組成——

主電路。這是開關(guān)電源的心臟，負(fù)責(zé)承載并轉(zhuǎn)換能量。它包括輸入濾波器、整流與濾波電路、高頻開關(guān)器件、變壓器以及輸出整流與濾波電路等。

控制電路。控制電路通過從輸出端取樣并與設(shè)定值相比較來控制逆變器，進(jìn)而改變脈寬或脈頻以確保輸出的穩(wěn)定性。它還根據(jù)測試電路的數(shù)據(jù)，并通過保護(hù)電路的評估，采取相應(yīng)的保護(hù)措施以保障電源的安全運行。

檢測電路。檢測電路持續(xù)監(jiān)控輸出電壓和電流的穩(wěn)定性，提供反饋信息給控制電路。如果電壓或電流超出預(yù)設(shè)范圍，就會觸發(fā)警報，促使控制電路調(diào)整工作狀態(tài)以糾正偏差。

輔助電源。輔助電源提供了控制電路和其他附屬電路所需的低功率電源，實現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動，為保護(hù)電路和控制電路（如PWM或PFM等芯片）工作供電。

以上四部分各司其職，相互配合，共同維護(hù)著電源的穩(wěn)定與效率。在對電路的全部元器件進(jìn)行PCB布局時，應(yīng)遵循以下基本原則：

將輸入部分的元器件與輸出部分的元器件分開擺放（比如：輸入放左邊，輸出放右邊或輸入放上邊，輸出放下邊），以確保輸入和輸出信號不會相互干擾。

明確電源的輸入電壓范圍，確保電源能在該范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。輸入端應(yīng)設(shè)置過壓和過流保護(hù)電路，以防止電源因輸入異常而損壞。

輸出端應(yīng)有過載保護(hù)和知短路保護(hù)電路。設(shè)有過載保護(hù)電路，以防止因負(fù)載過大而損壞電源；設(shè)有短路保護(hù)電路，以在發(fā)生短路時快速切斷輸出。

對于需要高隔離和絕緣的應(yīng)用，輸出端應(yīng)采取相應(yīng)的隔離和絕緣措施。

根據(jù)電源架構(gòu)及其主回路拓?fù)渌?guī)定的電流方向來安排各個功能電路單元的位置，同時考慮元器件間的電氣連接關(guān)系，避免回路長距離走線，從而優(yōu)化傳輸效率、減少寄生參數(shù)而有助于抑制EMI的產(chǎn)生。

以每個功能單元的核心元（器）件為中心，圍繞它來進(jìn)行布局，同時考慮電源與地線設(shè)計、散熱設(shè)計、電磁兼容、機(jī)械結(jié)構(gòu)、維修便?性等因素。

高壓和低壓要分開，不能混在一起。比如：當(dāng)項目中的母線電壓較高，而單片機(jī)部分的電壓較低時，如果這兩個電源不分開，就很容易出問題，從而導(dǎo)致單片機(jī)損壞。

功率部分和信號部分應(yīng)分開擺放，避免混在一起。否則，功率部分容易對信號部分造成干擾，導(dǎo)致控制邏輯出現(xiàn)混亂。

走線時盡量避免銳角走線（45°角以下走線），以減少電流在急轉(zhuǎn)彎處發(fā)生方向突變引起的振蕩。有鑒于過孔會增加線路的阻抗和寄生參數(shù)的事實，布線時，盡量避免使用過多的過孔。

電流流動盡可能順暢，這不僅有助于減少振蕩，還能提高線路的美觀度和可靠性。信號線的線徑應(yīng)盡量保持一致，能確保信號傳輸?shù)囊恢滦院头€(wěn)定性。

處理高開關(guān)電流的走線要短、直且粗，要特別注意回路的周長和走線的長度和寬度。保持環(huán)路周長較小可以消除環(huán)路作為低頻噪聲天線工作的可能性。從電路效率的角度來看，更寬的走線還可以為電源開關(guān)和整流器提供額外的散熱。

盡量避免交叉走線，以減少電磁干擾。對于高頻電路，需特別注意采用阻抗匹配的走線設(shè)計，以保證信號的穩(wěn)定傳輸。強電流線與弱電流線分開走線、輸入與輸出隔離，以確保電路的正常工作和延長使用壽命。

對于高頻電路，由于其高速的信號傳輸特性，布線時，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用短而直的線路，避免過多的彎曲和轉(zhuǎn)折，以減少信號的反射和損失。合理設(shè)定布線間距，盡量減少層間交替以提高信號的傳輸效率。

在高頻電路中，合理的電源線和地線布局，不僅可以提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)，還能有效減少電路中的噪聲干擾。對于高頻信號線，應(yīng)當(dāng)采用屏蔽線或差分線等方式進(jìn)行保護(hù)，以減少外部干擾對信號的影響。

高頻部分的關(guān)鍵元器件、電路中的核心元器件、易受干擾的元器件、帶高壓的元器件、發(fā)熱量大的元器件、以及一些異性元器件，它們的安放位置需要仔細(xì)分析，對它們的布局需要符合電路功能和性能的要求。

正確定義接地（輸入大電流源地、輸入大電流電流回路接地、輸出大電流整

流地、輸出大電流負(fù)載地、低電平控制地）、在布局中放置短路徑以及安排電隔離部分來保持較低的EMI來避免噪聲耦合。

開關(guān)電源控制器精確調(diào)節(jié)輸出電壓的能力取決于低電平控制地的連接。

當(dāng)使用集成電路、輸入電容、輸出電容和輸出二極管時，須確保組件連接到接地層。接地連接到控制 IC 及其相關(guān)電路測量交流電流、直流電流、輸出電壓和其他主要參數(shù)的點。為防止控制電路檢測共模噪聲，低電平接地應(yīng)連接到電流檢測電阻器或輸出分壓器的下側(cè)。

為了減少線間串?dāng)_，應(yīng)保證線間距足夠大（當(dāng)線中心間距不少于3倍線寬時，可以保持70%的電場不互相干擾，使用10倍線寬的間距時可以達(dá)到98%的電場不互相干擾）。

由于電源層與地層之間的電場是變化的，會向外輻射電磁干擾，稱為邊沿效應(yīng)。解決的辦法是將電源層內(nèi)縮，只在接地層的范圍內(nèi)傳導(dǎo)。以一個H為單位（H：電源和地之間的介質(zhì)厚度)。若內(nèi)縮20H則可以將70%的電場限制在接地層邊沿內(nèi)，內(nèi)縮100H則可以將98%的電場限制在內(nèi)。

當(dāng)PCB上的時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns時，PCB必須采用多層板。采用雙層板結(jié)構(gòu)時，最好將PCB的一面作為一個完整的地平面層。

信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。在地平面分割時要考慮到地平面與重要信號走線的分布，防止由地平面開槽等帶來的問題。

相鄰平面走線方向成正交結(jié)構(gòu)。避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾。當(dāng)由于PCB結(jié)構(gòu)限制難以避免出現(xiàn)該情況時，特別是信號速率較高時，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號線隔離各信號線。

同一網(wǎng)絡(luò)的布線寬度應(yīng)保持一致，線寬的變化會造成線路特性阻抗的不均勻，當(dāng)傳輸?shù)乃俣容^高時會產(chǎn)生反射，在設(shè)計中應(yīng)該盡量避免這種情況。

設(shè)計時應(yīng)該盡量讓布線長度盡可能短，以減少由于走線過長帶來的干擾問題，特別是一些重要信號線，如時鐘線，務(wù)必將其振蕩器放在離器件很近的地方。

6.0 最常用DC-DC轉(zhuǎn)換器布局要點

6.1 DC-DC環(huán)流

圖1：開關(guān)元件Q1導(dǎo)通時的電流路徑

圖1的紅色線表示開關(guān)元件Q1導(dǎo)通時流過的主要電流和路徑以及方向。Cbypass是高頻用去耦電容器，CIN是大容量電容器。開關(guān)元件Q1導(dǎo)通的瞬間，流過急劇的電流，其大部分由Cbypass提供，其次由CIN提供，緩慢變化的電流則由輸入電容提供。

圖2：開關(guān)元件Q1關(guān)斷時的電流路徑

圖2的紅色線表示開關(guān)元件Q1關(guān)斷時的電流路徑。續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，電感器L中蓄積的能量會釋放到輸出側(cè)。因為降壓轉(zhuǎn)換器的輸出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中串聯(lián)了電感，所以輸出電容器的電流雖然上下波動，但比較平滑。

圖3：電流差分、布局方面的重要路徑

圖3的紅色線表示圖1和圖2的差分。開關(guān)元件Q1從關(guān)斷到開通，從開通到關(guān)斷切換時，紅色線部分的電流都會急劇變化。由于這個變化很快，所以會出現(xiàn)含有較多高次諧波的波形。該差分系統(tǒng)在PCB布局時是重要之處，需要給予最大限度的重視。

6.2 PCB布局要點

6.2.1布局要點

將輸入電容器，續(xù)流二極管和IC芯片放置在PCB的同一個面上，并盡可能靠近IC芯片放置。

為改善散熱條件,可以考慮加入散熱過孔陣列。

電感可使來自開關(guān)節(jié)點的輻射噪聲最小化，重要程度僅次于輸入電容，需要放置在IC的附近處，電感布線的銅箔面積不要過大。

輸出電容器盡量靠近電感器放置。

反饋路徑的布線盡量遠(yuǎn)離電感器、續(xù)流二極管等噪音源。

6.2.2 輸入電容器的布局

設(shè)計布局時，首先應(yīng)放置最重要的部件：輸入電容器和續(xù)流二極管。在設(shè)計電流較小的電源（Iout≤1A）時，需要的輸入電容也比較小，有時一個陶瓷電容器可以同時作為CIN和Cbypass來使用。這是因為陶瓷電容器的電容值越小，頻率特性越好。但是，由于不同陶瓷電容器的頻率特性不同，使用前確認(rèn)好實際使用產(chǎn)品的頻率特性。

圖4：陶瓷電容的頻率特性

CIN:1µF 50V X5R 10µF 50V X5R

CBY:0.1µF 50V X7R 0.47µF 50V X7R

如圖4所示，當(dāng)使用大容量電容器作為CIN時，一般而言其頻率特性并不好，所以通常需要與CIN并聯(lián)配置一顆頻率特性優(yōu)異的高頻去耦電容器Cbypass，Cbypass通常使用表面貼裝型的疊層陶瓷電容器（MLCC），一般選擇X5R或X7R型，容值為0.1μF～0.47μF的電容。

圖5：理想的輸入電容器的布局

如果Cbypass、IC的VIN引腳與GND引腳的距離較遠(yuǎn)，受布線寄生感抗的影響會產(chǎn)生電壓噪聲/振鈴，所以盡量縮短二者之間的布線距離。降壓轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用中，即使將Cbypass放置在離IC最近的位置，CIN的地上也存在著數(shù)百MHz的高頻。因此建議CIN的接地和輸出電容器Cout的接地要距離1cm～2cm進(jìn)行布局。

圖6：CBYPASS放在與IC相同面的最近處時

CIN放置在距離2cm處也不會有太大的問題。

圖7：將CIN放在IC的背面紋波電壓可能會增大

圖8：不理想的輸入電容布局受過孔和電感的影響噪聲會增加

6.2.3續(xù)流二極管的布局

二極管D1要放置在與IC同一層且最靠近IC引腳的位置，圖9是Cbypass、CIN及二極管D1的理想布局。如果IC引腳到二極管的距離過長，由布線的寄生電感引起的噪音毛刺會疊加到輸出上。續(xù)流二極管要使用最短且較寬的布線，直接連接到IC的開關(guān)引腳和GND引腳。如果借助過孔和底層連接，受過孔寄生電感的影響，毛刺噪聲將增加，因此續(xù)流二極管的布線絕對不能借助過孔。