十几张图，案例讲解DC/DC电源PCB设计

硬件笔记本

dt5rhfjt1aw64025707040.gif

点击上方名片关注了解更多
; q3 ^' D9 N; H: z: S
2 p6 W! ^$ C  b' T) o大家好，我是王工。在DCDC电源电路中，PCB的布局对电路功能的实现和良好的各项指标来说都十分重要。本文以buck电路为例，简单分析一下如何进行合理PCB layout布局以及设计中的注意事项。
' Q/ V9 P" _* Y& B1 o: i% O
首先，以最简单的BUCK电路拓扑为例，下图（1-a）和（1-b）中分别标明了在上管开通和关断时刻电流的走向，即功率回路部分。这部分电路负责给用户负载供电，承受的功率较大。

fv0k04giid364025707140.png

- W+ Z# ~% Q( ^6 \+ f! T) A
5 n1 y* G% E* g* l8 N- h& \. x

vkonupmj3al64025707240.png

: I' n8 b) Q: e' |  P结合图（1-c）中Q1和Q2的电流波形，不难发现，由于电感的存在，后半部分电路中不会存在一个较高的电流变化趋势，只有在两个开关管的部分会出现高电流转换速率。在PCB布线时需要特别注意，尽可能减小这一快速变化的环节的面积，来减少对其他部分的干扰。随着集成工艺的进步，目前大部分电源芯片都将上下管集成到了芯片的内部。

# A" Q! D1 X6 w3 L9 ]2 P5 B了解了高电流转换速率部分后，让我们回到整个功率回路布局来看。以MPS的非常受欢迎的MPQ8633A（B）系列产品为例，这是一款完全集成的高频同步降压转换器可以实现高达12-20A的输出电流，其原理图如下，其功率回路（绿色标注）中包含输入电容，电感以及输出电容等器件。

uzhea0bsm4b64025707340.png

4zlq5zrjftk64025707440.png

6 v" G, B- m, f
- l5 P$ K  k3 f( V' I功率回路也需要做到尽可能地占用较小的环路面积，来减少噪声的发射以及回路上的寄生参数。推荐的PCB布局如图（3）所示。注意点如下：

输入电容就近放在芯片的输入Vin 和功率地PGND ，减少寄生电感的存在，因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响。VIN 的管脚旁边至少各有1 个去耦电容 ，用来滤除来自电源输入端的交流噪声和来自芯片内部（倒灌）的电源噪声，同时也为芯片储能。且电容需要紧挨管脚，两者的间距需要小于40mil 。

r1m54gg3anh64025707540.png

; a& l2 ^7 A% r0 v; J. p8 t
6 ?+ F4 q. f3 C& Q  ~( S. k# _功率回路尽可能的短粗，保持较小的环路面积 ，减少噪声的发射。
SW 点是噪声源，保证电流的同时保持尽量小的面积 ，远离敏感的易受干扰的位置，例如FB等。
' Z6 H0 `: i3 }8 ~/ z  F5 {
5 ?: @& {% M+ j4 D& g: z2 V" R2 w/ ^
3 W* s* Z, Y/ y* e  w

45lxilxxvl364025707640.png

( }1 E8 ~/ W' r* }
% B1 K8 ~/ w  T铺铜面积和过孔数量会影响到PCB 的通流能力和散热。由于PCB的载流能力与PCB板材、板厚、导线宽厚度以及温升相关，较为复杂，可以通过IPC-2152标准来进行准确的查找和计算。一般，对于MPQ8633A（B）的PCB来说，需要在VIN（至少打6个过孔）和PGND（至少打9个过孔）处多打过孔，这两处的铺铜应最大化来减小寄生阻抗。SW处的铺铜也需要加宽，以免出现限流的情况，导致工作异常。

2o1itaunhws64025707740.png

讨论完功率回路部分，转眼看芯片逻辑电路部分，这部分的PCB布局也是有所讲究的。
7 P, q4 O% M$ T6 M  g+ V$ K
- U% G# T9 G6 c. Q

cdxmkniqzmp64025707840.png

5 j+ Z- C& X, u/ T
结合图（3）和（4）可总结注意点如下：
! }* R) N, k2 U, `9 Z1.将BST 电容放置在尽可能靠近BST 和SW 的位置，使用20mil 或更宽来布线路径。
+ ?3 F: [- O8 H! X2 M
+ {$ T* j4 W1 U6 ?( F% h2 B

o0n0uw5nnsy64025707940.png

' w! h- t4 l8 `5 Z  t1 H9 Y* C& I2.FB 电阻连接到FB 管脚尽可能短， 减少噪声的耦合。这是芯片最敏感，最容易受干扰的部分，是引起系统不稳定的十分常见原因。需要将其远离噪声源，例如：SW点，电感，二极管等（在非同步buck中，MPQ8633外围无二极管）。如图，RFF、CFF、RFB1、RFB2都尽量靠近芯片摆放。
' u+ h" B# d: Q8 j9 L( Z0 w

frusklyrfco64025708040.png

$ y- c& q  \1 P
* N& F' a* n8 }  }/ z/ i% E3.VCC 电容应就近放置在芯片的VCC 管脚和芯片的信号地之间，尽量在一层，没有过孔 。对于信号地（AGND）和功率地（PGND）在一个管脚的芯片，同样就近和该管脚连接。

. U% O4 y% o) z; \

xdskouvd21w64025708140.png

4.AGND和PGND需要进行单点连接。
$ |3 B3 p3 W& ]$ P6 X. V
/ n/ A0 D! a  t6 L& j2 X

hobmlqzjxbe64025708240.png

+ o4 _3 Z; ?( {/ ^& C! }1 L4 C
5.将SS电容靠近TRK/REF至RGND。

; n$ q* e2 q5 q/ u. a* U6 J

izzlwzuh2xn64025708340.png

- B  h% c) p8 C% w. [
6.将SENSE电容置于输出SENSE线之间，平行走线。
5 h  f/ J$ f' e1 m% Z
$ [$ p& N6 H# @9 }1 _. e

0gcoxpf51k464025708441.png

7.PCB layout 中走线和铺铜都尽量避免90 °直角，走45°或者圆弧角，特别是在高频信号传输线部分。避免由传输线宽带来的反射和传输信号的失真。
6 f' _4 H7 {7 f0 M0 S4 ~
; }/ K( o8 l2 }, S

xsi2p4chgjs64025708541.png

7 {& e* ?% M; O. U' e, W最后，为了方便大家了解自己画的PCB是否合理，可以参考以下简易表格做一个自评：

5 P( X  |7 v' ]

gds0gh4h0cb64025708641.png

8 {; c# i, t, J, P+ P

vmwhc0ucrr264025708741.png

以上表格适用于简单的buck、boost电路的pcb设计，多用单层或者双层板即可。仅供参考，欢迎补充。

4 ?% H2 l. ]; \7 h9 f' ?/ W" M写在最后
都说硬件工程师越老越吃香，这句话也证明硬件也是需要积累的，王工从事硬件多年，也会不定期分享技术好文，感兴趣的同学可以加微信，或后台回复“加群”，管理员拉你加入同行技术交流群。

以下两个电路，是之前技术交流群群友发的，王工做了一个简单的分析，旨在帮助入门或转行的同学理解学习（点击图片直接进入）

" {! _- {9 H* x2 v" z- j7 v4 ^/ T

qnfrdx3xbgz64025708841.png

2 c& ^) [% e0 S
( i* |+ ?$ O9 h) L, j# h

qhoymxiepv064025708941.png

投稿/招聘/推广/宣传/技术咨询 请加微信：woniu26a

( o' H$ k6 G( n( t
" i  F, R9 N8 v声明：
% |- W! A% {, f声明：文章来源MPS，仅用于分享学习。本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立，推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有，如有侵权，联系删除。推荐阅读▼
& z: [0 u# c" ]9 y9 ~电路设计-电路分析
; w. X% j5 q) v; }+ jemc相关文章
电子元器件