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PCB布局挑戰——改進您的開關模式電源設計
PCB布局挑戰——改進您的開關模式電源設計
芯片制造商經常試圖讓設計師和愛好者使用現代Web應用程序甚至電源設計軟件來實現大多數SMPS變得異常簡單。備份軟件的是應用筆記，建議其特定IC的正確PCB布局。
盡管當今的設計軟件通常非常出色，但問題是大多數應用筆記都可能是錯誤的，至少部分如此。事實上，一些行業專家指出，在被證明正確之前，他們應該被認為是錯誤的 。
為了正確看待這個概念，我們可以回顧一下我最近的愛好者設計，它有這些隱藏的問題。它有效嗎？絕對地。它會通過EMC輻射和傳導發射嗎？也許。
首先，讓我們談談問題出在哪里，然后討論我在設計中做的不好的地方以及如何改正它。
隱藏的PCB布局威脅——PCB耦合
與SMPS相關的EMC原則通常要求設計人員在SMPS布局中密切關注兩個耦合因素，如圖 1 所示：
電壓開關節點，具有高 dv/dt
“熱電流回路”，其中包含子系統中最高的 di/dt
圖 1.顯示降壓轉換器di/dt和dv/dt位置的示意圖。
這里起作用的機制和風險是將不需要的能量以電容 (dv/dt)和電感 (di/dt)耦合到系統的其他部分，或者更糟的是，以輻射和傳導發射的形式離開系統。
PCB設計后期制作回顧
深入研究該項目，我們將檢查LM22678 5A 轉換器的PCB布局（圖 2），其V in為12 V（未顯示）和V out為5 V。這是一個使用非同步降壓轉換器用于其低側開關元件 的B130L-13-F肖特基二極管（是的，在您檢查之前 - 系統消耗的電流低于二極管的 1 A 額定值?。?。
圖 2. 12 V至5 V非同步LM22678降壓轉換器的原理圖。
最小化電容和電感耦合通常并不復雜，但很容易被忽視，從而導致排放測試失敗和市場延遲。下面，在圖3中，我們看到了用于非同步降壓穩壓器的TO-263封裝的布局，其中確定了電壓節點（紅色輪廓）和熱電流環路（黃色輪廓）。
圖 3.具有低側功率二極管的非同步降壓穩壓器設計。
為清楚起見，板上的銅填充物已被隱藏?？偟膩碚f，這種設計存在三個明顯的問題：
高di/dt環路遠大于所需的
沒有過孔連接 C IN 或C OUT的GND節點（它們被接地覆蓋）
開關節點可以更小
這些設計選擇的最終效果意味著電流環路沒有得到很好的控制，并且由于平面之間沒有通孔，電流沒有明確定義的路徑返回源極。
對于 EMC——（電氣）沉默是金
改進后的布局如下圖4所示。它具有優化的電壓節點、更小的熱回路以及每個無源元件的第 2 層參考平面的通路。此外，初級C OUT電容器也相對于原始設計旋轉了90度，從而降低了輸出軌上的噪聲風險。
圖 4.改進后的布局考慮了耦合機制。
通過在開關引腳和電感器之間串聯移動低端二極管，我們可以更好地限制由高 dv/dt 耦合效應產生的潛在串擾噪聲。此外，通過減少熱回路幾何形狀，高di/dt 磁場耦合的影響也降低了。
盡管這些變化很小，但它們不需要額外的電路板空間或改組其他子系統。然而，通過將電流環路減少約 50% 并優化電壓節點，無疑增強了系統的合規性。
當您設計符合CISPR EMC 標準的商業產品時，每一個dBμV都很重要，設計階段的微小變化可能意味著發布有利可圖或錯過市場窗口之間的差異。
關鍵要點
了解電流回路在開關電源中的流動位置
保持節點和回路的幾何形狀小，以減輕不必要的耦合效應
使 C IN 遠離或 C OUT 有助于隔離電流環路感應場，并防止 dv/dt 串擾
將焊盤連接到通孔，而不僅僅是接地填充銅，以幫助限制返回電流