开关电源和调节器用印刷电路板布局指南_

电源和调节器可以有各种形状和尺寸。虽然它们通常被视为不同的产品，但它们在电气上是等效的，特别是开关调节器。从高级系统的角度来看，电源中的开关调节器部分和实际的调节器电路在同一框图中执行相同的功能。

对于电源来说，这只是一个规模问题，以及调节器如何与系统中的其他电源转换模块集成。电源中的开关调节器部分和印刷电路板上的开关调节器电路应按照相同的一般指导原则进行布置，以确保低噪声运行。

在接下来的章节中，我想简单地关注一下电源和调节器是如何不同的，尽管这对于大多数设计师来说应该已经很清楚了。一个电源将（或应该）包括一个功率调节器，但是调节器可以是一个独立的电路，它不是我们所说的电源的一部分。对于电源和带有板载调节器的PCB，开关调节器布局将是整个系统性能的主要决定因素。因此，我们将主要从调节器布局的角度来看开关电源的一些布局指南。

开关电源系统布局指南

在研究开关电源的调节器部分之前，我们应该先看一下整个系统的高层框图。如果您正在设计一个电源单元，那么整个单元将具有如下所示的拓扑结构。对于从墙上插座获取交流电源的电源来说，这一点尤为重要。

开关电源的框图

上面的方块图可以在多块板上实现，尽管通常将所有的东西都放在一块板上，为大型变压器留出一些空间，散热器风扇和机械支架，特别是高压/电流电源。如果你正在为一块插入电源单元的电路板设计一个小型稳压器，那么你无论如何都要在上面的拓扑结构中工作，你只需要在输出调节器和你的新调节器之间建立一个接地连接。同样，这在大电流电源中很常见。

在上图中还有一些其他要点需要讨论：

电流隔离

在上面的方块图中，我们有三个独立的地面区域，用盖子绑在一起。不要盲目地遵循这一准则：没有单块PCB接地技术它能解决所有的噪音源，你应该注意以上的使用上限。这是为了说明一种确保所有地面区域的地电位一致的方法；这是工业以太网系统中推荐的接地方法。这里的想法是阻止任何可能在两个接地部分之间产生的直流电位

这里的危险是产生接地回路和共模噪声，然后必须对其进行过滤。用这种方式将接地连接在一起基本上就是当你有一个金属底盘时所做的，而塑料外壳会使接地隔离。这变得很棘手，需要仔细的电路设计和PCB布局来保持通过所有EMC测试 .

输出级

输出级不需要电隔离；这取决于直流调节器的拓扑结构(查看反激变换器的一个很好的例子). 通常在输出端安装传导EMI滤波电路或共模扼流圈，以抑制到达负载电路的共模电流。除此之外，输出调节器级将使用针对特定调节器拓扑的最佳实践进行布局。我将在下面介绍监管机构布局的这些更广泛的想法。

电源单元的输出级可能不是系统中的最终调节器。相反，它可以给另一个调节器或一系列调节器供电，每一个调节器都将在某个最大电流下为一组元件提供一个设定电压。同样，这可以在一个单板或多个板上完成（一个用于电源，另一个用于调节器级）：

开关电源的配电图

上面的电源树显示了并联的调节器（菊花链），但这些也可以级联在树型拓扑中。PDN中的电流映射非常有用，因为它可以帮助您快速绘制出每个下游调节器级将贡献给PDN中总电流的电流。总电流和单个电流将决定为系统中的每个部分输送足够电流所需的电源轨或电源平面的尺寸。

布置每个电路块

现在我们可以看到整个系统的架构，我们可以了解如何布置开关电源中的每个电路块和整个系统，以确保低电磁干扰和安全性。在创建PCB布局时，请考虑整个框图：

分区布局：与其他具有多个功能块的板类似，请尝试将电源板分为多个部分。在方框图中，以从输入到输出的线性方式进行这项工作是可以的。
规划布局并提供反馈：有时，例如在精密大电流稳压器中，您会在各部分之间得到一些反馈。使用光电耦合器连接各部分之间的接地间隙。
遵循地面返回路径：如果在PCB设计中有任何通用的指导原则，那可能就是“遵循您的接地回路”。对于电源，这对于确定共模电流可能产生的位置和确保每个供电部分的低回路电感非常重要。
注意大电流和高压钢轨：高压和大电流的设计有时是混合的。两个导体之间的最大电位差将决定它们的最小间距（见IPC-2221），导体携带的电流将决定其所需的宽度，以确保低温（内层或外层见IPC-2152）。