线路板设计中开关模式电源的优化策略
线路板设计中开关模式电源的优化策略
在开关模式电源（SMPS）的线路板设计中，PCB耦合与布局设计对电源性能有着重要影响。本文将从理论分析、实例展示和解决方案三个方面，探讨SMPS设计中的优化策略。
PCB耦合要点
在SMPS的线路板布局设计中，工程师们通常会重点关注两个关键的耦合因素：一是电压开关节点，其具备高dv/dt特性；二是热电流环路，该环路含有子系统中最高的di/dt。相关机制与风险在于，这些节点和环路会将多余能量通过电容（dv/dt）和电感（di/dt），以辐射和传导发射的形式，耦合到系统的其他部分乃至系统外部。
PCB设计检查实例
以LM22678 5A转换器的线路板布局为例，该转换器输入电压Uin为12V，输出电压Uout为5V，属于非同步降压转换器，采用B130L-13-F肖特基二极管作为低侧开关元件。
在审视其布局时，可以发现采用低侧功率二极管的非同步降压稳压器设计存在明显问题。当隐藏PCB上的铜填充后，能清晰看到：其一，高di/dt环路过大；其二，Cin或Cout的GND节点没有过孔连接（被过孔覆盖）；其三，交换节点尺寸还可进一步缩小。这表明该设计中电流环路控制不佳，且因平面间缺乏通孔，电流返回源路径不明确。
针对EMC的改进措施
改进后的布局优化了电压节点，缩小了热环路，并确保每个无源组件都与第2层参考平面合理关联。初级Cout电容相较于原始设计旋转了90°，降低了输出轨道上的噪声风险。
通过将低侧二极管串联移至开关引脚和电感之间，有效限制了dv/dt耦合效应引发的潜在串扰噪声。同时，缩小热环路几何形状，减轻了高di/dt磁场耦合的影响。这些改动虽看似微小，却无需额外的线路板空间或对其他子系统进行大幅调整，仅通过减少约50%的电流环路面积并优化节点，便显著增强了系统的合规性。
核心要点总结
在开关模式电源的线路板设计中，明晰电流环路的走向至关重要。要尽可能保持节点和环路的几何形状小巧，以减少不必要的耦合效应。合理安排Cin和Cout的位置，使之相互远离，有助于隔离电流环路的感应场，防止dv/dt串扰。此外，将焊盘与过孔相连，而非仅仅依靠接地填充铜，能够有效限制返回电流。
本文原文来自CSDN