开关电源布线规则

  开关电源发展至今，外围电路已经相当简洁，特别是DC-DC电源系统，通常仅由芯片、电感、肖特基、电容、电阻等几个器件构成，呈现出一副简单易用的样子。但是很多工程师在实际应用时或多或少吃过亏，明明按照原厂提供的电路去制作产品，却会出现各种各样的问题，如系统不能正常带载大电流、电感有噪声、输出电压不稳或波纹过大、产品已经量产但在运行一段时间后出现不良。通常情况下，以上不良现象均是由于前期在绘制PCB板时，没有按照开关电源布线规则来执行造成。

    当设计产品时，风险最低且最优的办法是直接将DEMO板上的电路走线直接拷贝到自己的产品中，但现实操作中由于种种原因这种做法不可行，需要工程师重新摆放元器件位置，重新进行布线。

    下面以“图1.XL4201典型电路”为例，简单介绍开关电源布线步骤。

     

图1.XL4201典型电路

对于开关电源来说，输入端通常采用电解电容与陶瓷电容组合使用（主要是经济实惠），电容具有储能与滤波作用，电解电容给芯片提供瞬态电流，确保输入端电压不出现较**动，陶瓷电容用来滤除输入端高频毛刺电压，给芯片内部逻辑电路提供纯净电源。因此在布局过程中，摆放好IC的位置后，就应该确定陶瓷电容的位置，使陶瓷电容靠近芯片的VIN与GND引脚；并且注意避免通过过孔进行连接，因为过孔会产生寄生电感，严重影响陶瓷电容滤波效果。对于降压电源来说，输入端电流为不连续电流，根据公式V=L*didt可知，变化的电流会在寄生电感上产生毛刺电压，若处理不好，此毛刺电压会影响系统稳定性，并导致IC失效。在使用条件不变的情况下，di/dt基本不会变化，只好通过降低开关电流回路上的寄生电感来降低此毛刺电压。要降低寄生电感，就要降低电流回路长度，缩短开关电流回路长度的方法是，将输入端电解电容靠近芯片的VIN和肖特基的阳极，芯片的SW引脚靠近肖特基的阴极，如“图2”所示。这样最大限度的降低其寄生电感，减少毛刺电压，提高系统稳定性，并可以降低辐射EMI。

     

图2.缩短开关电流回路

为减少系统回路上噪声和电磁辐射，不仅要减少开关电流回路长度，还要缩短大电流回路，并且大电流走线要采用敷铜处理，敷铜不要有锐角，尽量少打弯，尽量不换层，若走线必须得换层处理，需要适当增加过孔数量，这样可以减少过孔带来的寄生电感。可以将电感靠近芯片SW，输出电容靠近电感和肖特基阳极，如“图3”所示。若输出电容位置不当，会导致输出电压不稳。

     

图3.缩短开关电流及大电流回路

系统回路中反馈走线也很重要，FB引脚负责调整，稳定输出电压，CS引脚负责调整，稳定输出电流，为防止反馈引脚捡取到电路上噪声，应尽可能减小FB与CS引脚节点。针对FB节点，需要让分压电阻靠近芯片的FB与GND引脚，针对CS节点，可以在靠近芯片CS引脚处串联1K电阻，滤除干扰；并且反馈走线要远离电感，肖特基，SW等开关节点，同时用GND走线包围最佳。

     

图4.分压电阻放置方式      

表1（走线长度50mm）

备注：h为走线与地线之间的绝缘度，Wg为对应地线的线宽，L为走线的寄生电感。