一個(gè)良好的布局設(shè)計(jì)可優(yōu)化效率，減緩熱應(yīng)力并盡量減小走線(xiàn)與元件之間噪聲作用。這一切都源于設(shè)計(jì)人員對(duì)電中流傳導(dǎo)路徑以及信號(hào)的理解。當(dāng)一塊原型電源板首次使用時(shí)，最好的情況是它不僅能工作，而且還安靜、發(fā)熱低。然而這種并不多見(jiàn)。

開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是 “不穩(wěn)定 ”的開(kāi)關(guān)波形。有些時(shí)候，抖動(dòng)處于聲段磁性元件會(huì)產(chǎn)生出音頻噪聲。如果問(wèn)題在印刷電路板的布局上， 要找原因可能會(huì)很困難，因此，開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)初期的正確PCB布局就非常關(guān)鍵。

一個(gè)好的布局設(shè)計(jì)可優(yōu)化電源效率，減緩熱應(yīng)力；更重要的是，它最大限度地減小了噪聲，以及走線(xiàn)與元件之間的相互作用。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，設(shè)計(jì)者必須了解開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的電流傳導(dǎo)路徑及信號(hào)流。就非隔離開(kāi)關(guān)電源的正確布局設(shè)計(jì)，本文給出一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

布局規(guī)劃

對(duì)一塊大電路板上的嵌入dc/dc電源，要獲得最佳的電壓調(diào)節(jié)、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)效率，就要使電源輸出靠近負(fù)載器件，盡量減少PCB走線(xiàn)上的互連阻抗和傳導(dǎo)壓降。確保有良好的空氣流，限制熱應(yīng)力;如果能采用強(qiáng)制氣冷措施，則要將電源靠近風(fēng)扇位置。

另外，大型無(wú)源元件（如電感和電解電容）均不得阻擋氣流通過(guò)低矮的表面封裝半導(dǎo)體元件，如功率MOSFET或PWM控制器。為防止開(kāi)關(guān)噪聲干擾到系統(tǒng)中的模擬信號(hào)，應(yīng)盡可能避免在電源下方布放敏感信號(hào)線(xiàn);否則，就需要在電源層和小信號(hào)層之間放置一個(gè)內(nèi)部接地層，用做屏蔽。

關(guān)鍵是要在系統(tǒng)早期設(shè)計(jì)和規(guī)劃階段就籌劃好電源的位置及對(duì)電路板空間的需求。有時(shí)設(shè)計(jì)者會(huì)無(wú)視這種忠告，而把關(guān)注點(diǎn)放在大型系統(tǒng)板上那些更“重要”或“讓人興奮”的電路。電源管理被看作事后工作，隨便把電源放在電路板上的多余空間上，這種做法對(duì)高效率而可靠的電源設(shè)計(jì)十分不利。

對(duì)于多層板，很好的方法是在大電流的功率元件層與敏感的小信號(hào)走線(xiàn)層之間布放直流地或直流輸入/輸出電壓層。地層或直流電壓層提供了屏蔽小信號(hào)走線(xiàn)的交流地，使其免受高噪聲功率走線(xiàn)和功率元件的干擾。

作為一般規(guī)則，多層PCB板的接地層或直流電壓層均不應(yīng)被分隔開(kāi)。如果這種分隔不可避免，就要盡量減少這些層上走線(xiàn)的數(shù)量和長(zhǎng)度，并且走線(xiàn)的布放要與大電流保持相同的方向，使影響最小化。

下圖中的a和c分別是六層和四層開(kāi)關(guān)電源PCB的不良層結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)將小信號(hào)層夾在大電流功率層和地層之間，因此增加了大電流/電壓功率層與模擬小信號(hào)層之間耦合的電容噪聲。

圖1 開(kāi)關(guān)電源PCB的布局結(jié)構(gòu)

上圖中的b和d則分別是六層和四層PCB設(shè)計(jì)的良好結(jié)構(gòu)，有助于最大限度減少層間耦合噪聲，地層用于屏蔽小信號(hào)層。要點(diǎn)是：一定要挨著外側(cè)功率級(jí)層放一個(gè)接地層，外部大電流的功率層要使用厚銅箔，盡量減少PCB傳導(dǎo)損耗和熱阻。

功率級(jí)的布局

開(kāi)關(guān)電源電路可以分為功率級(jí)電路和小信號(hào)控制電路兩部分。功率級(jí)電路包含用于傳輸大電流的元件，一般情況下，要首先布放這些元件，然后在布局的一些特定點(diǎn)上布放小信號(hào)控制電路。

大電流走線(xiàn)應(yīng)短而寬，盡量減少PCB的電感、電阻和壓降。對(duì)于那些有高di/dt脈沖電流的走線(xiàn)，這方面尤其重要。

下圖給出了一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器中的連續(xù)電流路徑和脈沖電流路徑，實(shí)線(xiàn)表示連續(xù)電流路徑，虛線(xiàn)代表脈沖（開(kāi)關(guān)）電流路徑。脈沖電流路徑包括連接到下列元件上的走線(xiàn)：輸入去耦陶瓷電容CHF;上部控制FET QT;以及下部同步FET QB，還有選接的并聯(lián)肖特基二極管。

圖3a給出了高di/dt電流路徑中的PCB寄生電感。由于存在寄生電感，因此脈沖電流路徑不僅會(huì)輻射磁場(chǎng)，而且會(huì)在PCB走線(xiàn)和MOSFET上產(chǎn)生大的電壓振鈴和尖刺。為盡量減小PCB電感，脈沖電流回路（所謂熱回路）布放時(shí)要有最小的圓周，其走線(xiàn)要短而寬。

高頻去耦電容CHF應(yīng)為0.1μF~10μF，X5R或X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，它有極低的ESL（有效串聯(lián)電感）和ESR（等效串聯(lián)電阻）。較大的電容電介質(zhì)（如Y5V）可能使電容值在不同電壓和溫度下有大的下降，因此不是CHF的最佳材料。

圖3b為降壓轉(zhuǎn)換器中的關(guān)鍵脈沖電流回路提供了一個(gè)布局例子。為了限制電阻壓降和過(guò)孔數(shù)量，功率元件都布放在電路板的同一面，功率走線(xiàn)也都布在同一層上。當(dāng)需要將某根電源線(xiàn)走到其它層時(shí)，要選擇在連續(xù)電流路徑中的一根走線(xiàn)。當(dāng)用過(guò)孔連接大電流回路中的PCB層時(shí)，要使用多個(gè)過(guò)孔，盡量減小阻抗。