在任何開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，pCB板的物理設(shè)計(jì)都是最后一個(gè)環(huán)節(jié)，假如設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，pCB可能會(huì)輻射過(guò)多的電磁干擾，造成電源工作不穩(wěn)定。作為設(shè)計(jì)者，必須理解電路的物理工作原理，設(shè)計(jì)出高品質(zhì)的pCB。

開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號(hào)，pCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的用途，印制線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度會(huì)影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應(yīng)。即使是藉由直流信號(hào)的印制線(xiàn)也會(huì)從鄰近的印制線(xiàn)耦合到射頻信號(hào)并造成電路問(wèn)題(甚至再次輻射出干擾信號(hào))。因此應(yīng)將所有藉由交流電流的印制線(xiàn)設(shè)計(jì)得盡可能短而寬，這意味著必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的零配件放置得很近。印制線(xiàn)的長(zhǎng)度與其表現(xiàn)出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比。長(zhǎng)度反映出印制線(xiàn)響應(yīng)的波長(zhǎng)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，印制線(xiàn)能發(fā)送和接收電磁波的頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。

為電源開(kāi)關(guān)或同步整流功能的設(shè)計(jì)選擇合適的MOSFET也能有助于減少電磁干擾，當(dāng)MOSFET器件斷電時(shí)，低的C？oss？(象FDS6690A)能減少尖峰脈沖的干擾。

重要的電流回路

圖1：三種重要的開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)的電流回路，注意它們的差別。每一個(gè)開(kāi)關(guān)電源都有四個(gè)電流回路(圖1)，回路之間保持相對(duì)獨(dú)立，在一個(gè)良好布局的pCB，其重要性順序如下：電源開(kāi)關(guān)交流回路

交流電路的龍福仁出口

輸入信號(hào)源電流回路

負(fù)電流電路負(fù)載出口

輸入的信號(hào)源和輸出負(fù)載電流回路通常不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這些回路中的電流波形為大的直流電流和小的交流電流的疊加。這兩個(gè)回路中通常要特殊的濾波器防止交流噪聲泄漏到周?chē)h(huán)境中，輸入及輸出電流回路應(yīng)分別只從濾波電容的接線(xiàn)端連接到電源。輸入回路藉由一個(gè)近似直流的電流對(duì)輸入電容充電，但無(wú)法供應(yīng)開(kāi)關(guān)電源所需的高頻電流脈沖。濾波電容重要起到一個(gè)寬帶儲(chǔ)能用途；類(lèi)似地，輸出濾波電容也用來(lái)儲(chǔ)存來(lái)自輸出整流器的高頻能量，同時(shí)消除輸出負(fù)載回路的直流能量。所以，輸入和輸出濾波電容的接線(xiàn)端十分重要，假如在輸入/輸出回路電源開(kāi)關(guān)/整流回路之間的連接無(wú)法與電容的接線(xiàn)端直接相連，交流能量將“流經(jīng)”輸入或輸出濾波電容并輻射到環(huán)境中去。

圖2：兩種基本pWM工作模式的電流波形出現(xiàn)比開(kāi)關(guān)頻率高很多的諧波電流波形。電源開(kāi)關(guān)和整流器的交流回路包含高幅梯形電流波形(圖2)。這些波形中諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)大于開(kāi)關(guān)基頻，這些交流電流的峰值幅度可高達(dá)持續(xù)輸入/輸出直流電流幅度的5倍，過(guò)渡時(shí)間通常約為50ns，這兩個(gè)回路最容易出現(xiàn)電磁干擾。

設(shè)計(jì)者必須在電源中其它印制線(xiàn)布線(xiàn)之前先布好這些交流回路，每個(gè)回路的三種重要的元件(濾波電容、電源開(kāi)關(guān)或整流器、電感或變壓器)應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置，調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短，圖3顯示出升壓(或降壓)轉(zhuǎn)換器電源部份的布線(xiàn)情況。

圖3：升壓(降壓)變換器電源部份的布局示例，確保縮短電流路徑的長(zhǎng)度。這些回路中的印制線(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換器測(cè)量效率影響也最大。選擇諸如DpAK或SO-8的封裝形式，可在散熱同時(shí)進(jìn)行信號(hào)傳輸，F(xiàn)airchild及其他供應(yīng)商的產(chǎn)品可將散熱和信號(hào)傳輸?shù)墓δ芙M合在一起。

接地很重要

接地是前面討論的電流回路的底層支路，但作為電路的公共參考點(diǎn)卻起著很重要的用途。因此，在布局中應(yīng)仔細(xì)考慮接地線(xiàn)的放置，將各種接地混合會(huì)造成電源工作不穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定已考慮了另外的“控制地”，它是連接到控制IC和所有相關(guān)的無(wú)源器件的接地點(diǎn)，并且極為敏感，因此只有在布放好其他交流回路后再放置它。控制地與其它接地相連的點(diǎn)是非常特殊的(圖4)，通常，連接點(diǎn)位于控制IC感應(yīng)小電壓的所有元件的公共端。這些連接點(diǎn)包括電流模式開(kāi)關(guān)變換器中的電流敏感電阻的公共端和輸出電阻分壓器的底端，其用途是在敏感元件和對(duì)電壓誤差或電流放大靈敏的輸入之間建立低噪聲的Kelvin連接。假如控制地連接到任何其它點(diǎn)，在那些額外回路中出現(xiàn)的噪聲會(huì)被疊加到控制信號(hào)上，反而會(huì)影響控制集體電路的工作。

圖4：三種重要的開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)的接地方法。設(shè)計(jì)者要確保每一個(gè)大電流的接地端采用盡量短而寬的印制線(xiàn)，通常，濾波電容的公共端應(yīng)是其它的接地點(diǎn)耦合到大電流的交流地的唯一連接點(diǎn)。

高電壓交流節(jié)點(diǎn)

每一個(gè)開(kāi)關(guān)電源內(nèi)有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，與其它節(jié)點(diǎn)相比，它的交流電壓最高，這一節(jié)點(diǎn)是出現(xiàn)在電源開(kāi)關(guān)管漏極(或集電極)的交流節(jié)點(diǎn)。在非隔離的DC/DC變換器中，這一節(jié)點(diǎn)也可連接到電感及接到(或輸出到)整流器；在隔離變壓器的結(jié)構(gòu)中，這一節(jié)點(diǎn)與變壓器的線(xiàn)圈分開(kāi)。它在電性能上仍表現(xiàn)為公共節(jié)點(diǎn)，但僅藉由變壓器反映，每一個(gè)要分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

這一節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)不同的問(wèn)題，它的交流電壓可藉由電容耦合到附近不同金屬層的印制線(xiàn)上，并輻射出電磁干擾。然而，印制線(xiàn)通常還必須為電源開(kāi)關(guān)管和整流器散熱，特別是表面黏著的電源。從電氣角度來(lái)看，印制線(xiàn)應(yīng)盡可能小，但從散熱角度看則應(yīng)大一些。在表面黏著的設(shè)計(jì)中(圖5)，有一個(gè)好的折中方法，制作和底層pCB板相同的頂層pCB板，并藉由許多孔(或過(guò)孔)連接在一起。

圖5：增強(qiáng)pCB板的散熱能力并減少其它印制線(xiàn)容性耦合的好方法。

這項(xiàng)技術(shù)大大地減少了對(duì)其它印制線(xiàn)的容性耦合，但卻成倍地新增了散熱量和表面區(qū)域。以一個(gè)SO8封裝的N溝道功率MOSFET(諸如FDS6670A)為例，在上層僅有325mm▲2▲的覆銅區(qū)域，與空氣接觸的熱電阻是50(C/W，在pCB的底層加另一個(gè)相同的板并藉由8個(gè)過(guò)孔連接在一起，熱電阻降到39(C/W，因?yàn)樵诎遄拥牧硪粋?cè)不存在載有不同信號(hào)的金屬線(xiàn)，電容的容量將下降一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

在過(guò)孔應(yīng)用中，必須使其它信號(hào)和接地遠(yuǎn)離帶有高電壓的交流印制線(xiàn)和用來(lái)散熱的部份。在離線(xiàn)的變換器中，接地線(xiàn)可能從這個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合能量，并使其藉由交流插頭從產(chǎn)品中導(dǎo)出，這就出現(xiàn)了過(guò)多的傳導(dǎo)電磁干擾。

并聯(lián)濾波電容

電容經(jīng)常并聯(lián)使用以減少濾波電容的并聯(lián)等效串聯(lián)電阻(ESR)，這一做法也使每一個(gè)電容能分流一部份波紋電流，以使每一個(gè)電容都能在其波紋電流的規(guī)范內(nèi)正常工作。只有當(dāng)電容間的印制線(xiàn)阻抗及每個(gè)波紋電流源相同時(shí)，才會(huì)“平均分流”波紋電流，這就要求在整流器或電源開(kāi)關(guān)管之間電容間的印制線(xiàn)必須等長(zhǎng)且等寬。

圖6：并聯(lián)電容的正確放置是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。按列放置電容并順序連線(xiàn)非常美觀(guān)(圖6a)，但這種布局會(huì)使距離電源開(kāi)關(guān)或整流器最近的電容比其它電容器承受更多的波紋電流，從而縮短該電容的使用壽命，圖6b所示為并聯(lián)電容的較好布線(xiàn)方法。