浅析非隔离式开关电源PCB布局优化

此时关键在于尽量减小由开关管QB、整流二极管D和高频输出电容CHF形成的回路。

图5.本图显示的是升压转换器中的热回路与寄生PCB电感（a）；为减少热回路面积而建议采用的布局（b）。

图6和图7（略）提供了一个同步降压电路的例子，它强调了去耦电容的重要性。图6a是一个双相12VIN、2.5VOUT/30A（最大值）的同步降压电源，使用了LTC3729双相单VOUT控制器IC.在无负载时，开关结点SW1和SW2的波形以及输出电感电流都是稳定的（图6b）。但如果负载电流超过13A，SW1结点的波形就开始丢失周期。负载电流更高时，问题会更恶化（图6c）。

在各个通道的输入端增加两只1μF的高频陶瓷电容，就可以解决这个问题，电容隔离开了每个通道的热回路面积，并使之最小化。即使在高达30A的最大负载电流下，开关波形仍很稳定。

高DV/DT开关区

图2和图4中，在VIN（或VOUT）与地之间的SW电压摆幅有高的dv/dt速率。这个结点上有丰富的高频噪声分量，是一个强大的EMI噪声源。为了尽量减小开关结点与其它噪声敏感走线之间的耦合电容，你可能会让SW铜箔面积尽可能小。但是，为了传导大的电感电流，并且为功率MOSFET管提供散热区，SW结点的PCB区域又不能够太小。一般建议在开关结点下布放一个接地铜箔区，提供额外的屏蔽。

如果设计中没有用于表面安装功率MOSFET与电感的散热器，则铜箔区必须有足够的散热面积。对于直流电压结点（如输入/输出电压与电源地），合理的方法是让铜箔区尽可能大。

多过孔有助于进一步降低热应力。要确定高dv/dt开关结点的合适铜箔区面积，就要在尽量减小dv/dt相关噪声与提供良好的MOSFET散热能力两者间做一个设计平衡。

控制电路布局

使控制电路远离高噪声的开关铜箔区。对降压转换器，好的办法是将控制电路置于靠近VOUT+端，而对升压转换器，控制电路则要靠近VIN+端，让功率走线承载连续电流。

如果空间允许，控制IC与功率MOSFET及电感（它们都是高噪声高热量元件）之间要有小的距离（0.5英寸~1英寸）。如果空间紧张，被迫将控制器置于靠近功率MOSFET与电感的位置，则要特别注意用地层或接地走线，将控制电路与功率元件隔离开来。

控制电路应有一个不同于功率级地的独立信号（模拟）地。如果控制器IC上有独立的SGND（信号地）和PGND（功率地）引脚，则应分别布线。对于集成了MOSFET驱动器的控制IC，小信号部分的IC引脚应使用SGND.

信号地与功率地之间只需要一个连接点。合理方法是使信号地返回到功率地层的一个干净点。只在控制器IC下连接两种接地走线，就可以实现两种地。

此焊盘应焊到PCB上，以尽量减少电气阻抗与热阻。应在接地焊盘区放置多个过孔。

回路面积与串扰

两个或多个邻近导体可以产生容性耦合。一个导体上的高dv/dt会通过寄生电容，在另一个导体上耦合出电流。为减少功率级对控制电路的耦合噪声，高噪声的开关走线要远离敏感的小信号走线。如果可能的话，要将高噪声走线与敏感走线布放在不同的层，并用内部地层作为噪声屏蔽。

空间允许的话，控制IC要距离功率MOSFET和电感有一个小的距离（0.5英寸~1英寸），后者既有大噪声又发热。

走线宽度的选择

对具体的控制器引脚，电流水平和噪声敏感度都是唯一的，因此，必须为不同信号选择特定的走线宽度。通常情况下，小信号网络可以窄些，采用10mil~15mil宽度的走线。大电流网络（栅极驱动、VCC以及PGND）则应宽一些，具体宽度根据电流大小定义。