詳解開關穩壓器設計的PCB布局布線

OFweek電源網：開關模式電源用于將一個電壓轉換為另一個電壓。這種電源的效率通常很高，因此，在許多使用中，它取代了線性穩壓器。

開關頻率與開關轉換

開關模式電源以一定的開關頻率工作。開關頻率既可以是固定的(例如在PWM型控制中)，也可以依據某些因素而變化(例如在PFM或遲滯型控制中)。無論何種情況，開關模式電源的工作原理，都在于它有一定的開啟時間Ton和一定的封閉時間Toff.一個50%占空比的典型開關周期。這意味著，在完整周期T的50%時間里，轉換器中有某一電流;在另外50%時間里，轉換器中有不同的電流。

當我們考慮系統噪聲時，實際的開關頻率(換言之，周期長度T)并不是很緊要。如果它在系統的敏感信號頻率范圍內，開關頻率或其諧波可能會影響系統。但一般而言，開關頻率并不是影響系統的最大因素。

在開關模式電源中，真正緊要的是開關轉換的速度。我們可以看到開關轉換在時間標度上的放大圖。在周期T為2us的時間標度上，對于500kHzPWM開關頻率，轉換看起來像是一條垂直線。但放大后，我們可以看到，開關轉換通常需要30到90ns的時間。

為什么良好的PCB布局布線非常緊要?

每2.5cmPCB走線具有約莫20nH的走線電感。確切的電感值取決于走線的厚度、寬度和幾何形狀，但依據經驗，一般取20nH/2.5cm切實可行。假設一個降壓穩壓器提供5A的輸出電流，我們將會看到電流從0A切換到5A.當開關電流很大且開關轉換時間很短時，我們可以利用下面的公式，計算微小的走線電感會萌生多大的電壓偏移：

假設走線長2.5cm(20nH)，輸出電流為5A(降壓穩壓器中的5A開關電流)，MOSFET功率開關的轉換時間為30ns，那么電壓偏移將是3.33V.

由此可見，僅僅2.5cm的走線電感就能萌生相當大的電壓偏移。這種偏移甚至經常導致開關模式電源完全失效。將輸入電容放在離開關穩壓器輸入引腳幾厘米的地方，通常就會導致開關電源不能工作。在布局布線不當的電路板上，如果開關電源仍能工作，它將萌生非常大的電磁干擾(EMI)。

在上面的公式中，我們唯一能改變的參數是走線電感。我們可以使走線盡可能短，從而降低走線電感。較厚的銅線也有助于降低電感。由于負載所需的功率固定，因此我們無法改變電流參數。對于轉換時間而言，我們可以改變，但一般不想改變。減慢轉換時間可以降低萌生的電壓偏移，從而降低EMI，但是開關損耗卻會提高，我們將不得不以較低的開關頻率并利用昂貴而龐大的電源器件工作。

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