电源DC电路原理设计及其PCB布线注意事项大全.docx

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电源DC电路原理设计及其PCB布线注意事项大全

注：

本文内容摘抄整理自网络、论坛，仅供大家参考学习，谢谢！

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电源、DC-DC电路原理设计及PCB布线注意事项大全

一般的降压型的DC-DC变换的典型原理电路，如下图：

一．DC-DC电路设计至少要考虑以下条件：

1.      外部输入电源电压的范围，输出电流的大小。

2.      DC-DC输出的电压，电流，系统的功率最大值。

二．基于以上两点选择PWMIC要考虑：

1.      PWMIC的最大输入电压。

2.      PWM开关的频率，这一点的选择关系到系统的效率。

对储能电感，电容的大小的选择也有一定影响。

3.      MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率，如果DC-DCIC内部自带MOS，只需要考虑IC输出的额定电流。

4.      MOS的开关电压Vgs大小及最大承受电压。

三．电感（L1），二极管（CR1），电容（C2）的选择

1.电感量：

大小选择主要由开关频率决定，大小会影响电源纹波；额定电流，电感的内阻选择由系统功耗决定。

2.二极管：

通常都用肖特基二极管。

选择时要考滤反向电压，前向电流，一般情况反向电压为输入电源电压的二倍，前向电流为输出电流的两倍。

3.电容：

电容的选择基于开关的频率，系统纹波的要求及输出电压的要求。

容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小（当然和电感也有关）。

如何得到一个电源纹波相对较小、对系统其他电路干扰相对较小，而且相对稳定可靠的DC-DC电路，需要对以上电路的原理做如下修改：

1.      输入部分：

电源输入端需要加电感电容滤波。

目的：

由于MOS管的开关及电感在瞬间的变化会造成输入电源的波动，尤其是在系统耗电波动较大时，影响更为明显。

2.      输出部分：

（1）假定C2的选择的100uF是正确的，我们想得到更小的纹波，可以将100uF的电容改成两颗47uF的电容（基于相同类型的电容）；如果100uF电容采用的是铝电解，可以在原来的基础上加一颗10uF的磁片电容或钽电容。

（2）在输出端再加一颗电容和一颗电容对原来的电源做一个LC滤波，会得到一个纹波更小的电源。

PCB布线时，应注意几点：

1.      输入电源与MOS的连线要尽可能的粗。

2.      Vgs也要粗一点，千万不要以为粗细没关系，（注：

一般系统功率相对较低时，输出电流不大，粗细的影响不明显）关键时刻会影响电源的稳定性。

3.      CR1，L1尽量靠近Q1。

C2尽量靠近L1。

4.      反馈电阻的线尽量远离电感L1。

5.      反馈电压的地与系统的地尽量的近，保持在一个电位上。

6.      CR1的地线千万要粗，在MOS的打开的时间里，L１的电流是由ＣＲ１的通路提供，即由地流向Ｌ１。

附实例：

Lm系列电源芯片布线指导

1.BoththedesignerandtheCADpersonneedtobeawarethatthedesignofaswitchingpowerconverterisonlyasgoodasitslayout

设计者和CAD布局者都要明白：

开关转换器的设计仅仅是布局良好的一方面。

2.TheoverallsubjectofPCBdesignisanextremelywideone,embracingseveraltest/mechanical/productionissuesandalsoinsomecasescompliance/regulatoryissues.Thereisalsoacertainamountofphysics/electromagneticsinvolved,

PCB设计的总体具体是一个非常广泛，包括几个测试/机械/生产问题，并在某些情况下遵守/管理问题。

也有涉及到一些物理学和电磁学的问题。

3.wehaveprovidedrecommendedstartingpointsforlayoutwhenusingthepopularLM267x,LM259xandLM257xfamilies（Figure2）Thefocusisonthestep-down（Buck）SimpleSwitcherICsfromNational,butthesameprinciplesholdforanytopologyandswitchingpowerapplication

我们对布局提供建议的出发点是使用比较流行的LM267x、LM259x和LM257x系列，主要集中在降压（Buck）简单开关电源转换芯片，但是同样的原则在其它的任何拓补结构和开关电源应用中依然适用。

4.Inswitchingregulatorlayout,itistheACpathsthatareconsideredcritical,whereastheDCpathsarenot.Thatistheonlybasicruletobekeptinmind,andfromwhichalltheothersfollow.Thisisalsotrueforanytopology。

在开关稳压器的布局中，考虑交流路径是非常必要的，而直流路径则显得不是很重要，这是唯一值得牢牢记住的基本原则，并且，同其它原则一样，这也适用于任何布局拓补结构。

5.PerformananalysisofthecurrentflowforanytopologyinthesamemanneraswedidfortheBuck,tofindthe’differencetraces’:

andthesetracesarebydefinitionthe’critical’onesforlayout.

对执行中的任何拓补结构进行电流路径，采用我们分析Buck降压器时同样的分析方法，来找出不同路径，这些不同路径的确定是布局的关键。

6.everyinchoftracelengthhasaninductanceofabout20nH。

Likethetraceresistance,thattoodoesn’tseemmuchatfirstsight.ButitisthisratherminuteinductancewhichisinfactresponsibleforagreatmanycustomercallsinSIMPLESWITCHERapplications!

每英寸长度的走线会产生大约20nH的电感效应。

初次看起来，这电感大小和电阻一样小得可以忽略，但是，这正是对许多客户在简单电源转换应用中要负责任的（要值得关注的）。

7.thechangeincurrentintheACsectionsofatypicalbuckconverterisabout1.2timestheloadcurrentduringtheswitchturn-offtransitionandisabout0.8timestheloadcurrentduringtheswitchturn-ontransition

在典型的降压转换器的交流变化电流部分，在开关关断过程中，大约有1.2倍的负载电流，约0.8倍的负载电流在开关开通的过程中。

8.TheACandDCCurrentPaths，注意直流和交流电流路径

9.PlacingComponents‘acap’（asCloseasPossible）theinputcapacitors,especiallythebypasscapacitor‘CBYPASS’shouldbeplacedveryclosetotheIC,evenforaBuckIC放置输入电容特别是旁路电容尽可能的靠近IC芯片。

即使是降压IC。

10.Thereforeahighfrequency‘bypass’or‘decoupling’capacitorwithsmallornoleads,istobeplacedveryclosetotheVINandGNDpinsoftheIC.Thisisusuallya0.1µF–0.47µF（monolithic）multilayerceramic（.因此，在高频中，旁路电容或者去耦电容很小，并且放置在离芯片的VIN和GND管脚越近越好，这个电容通常是1.0—0.47uF的多层陶瓷电容。

11.Forlighterloads,andifitispossibletoplacetheinputbulkcapacitorveryclosetotheIC,thehighfrequencybypasscapacitormaysometimesbeomitted.Butforhigh-speedswitchersliketheLM267x,theinputceramicbypasscapacitorisconsideredalmostmandatoryforanyapplication.对于轻微的负载，尽可能的放置大容量的电容器接近IC芯片，高频的旁路电容有时候可以忽略，但是在像LM267x等高速开关转换应用中，输入的旁路陶瓷电容被认为几乎在所有的应用中石必须的。

12.ItisessentialtoplacethecatchdiodeveryclosetotheICandconnectitdirectlytotheSWpinandGNDpinsoftheIC,withtracesthatareveryshortandfairlywide.放置集流二极管距离IC很近、并且直接连接到SW脚和GND脚是很有必要的，这样的放置会使导线很短和很宽。

13.severalviasinparallelwillyieldbetterresultsthanasinglevia.Andlargerviadiameterswouldhelpfurther（unlesstheyarebeingusedas’thermalvias用几个并行的过孔将会得到比使用一个过孔的效果更好，并且大的过孔直径还可以进一步增大。

14.acommon‘intuitive’mistakeistoassumethatinductanceisinverselyproportionaltothewidthofthetrace.一个普遍的错误是认为电感感性和导线的宽度成反比。

15.注意正确选定单板坐标原点的位置，原点的设置原则：

A.单板左边和下边的延长线交汇点。

B.单板左下角的第一个焊盘。

板框四周倒圆角，倒角半径5mm，特殊情况参考结构设计要求。

16.按工艺设计规范的要求进行尺寸标注。

17.布局操作的基本原则

A.遵照“先大后小，先难后易”的布置原则，即重要