開關模式電源用於將一個電壓轉換為另一個電壓。這種電源的效率通常很高
，因此，在許多應用中，它取代了線性穩壓器。

 

 

開關模式電源以一定的開關頻率工作。開關頻率既可以是固定的(例如在PWM型控製中)，也可以根據某些因素而變化(例如在PFM或遲滯型控製中)。無論何種情況，開關模式電源的工作原理，都在於它有一定的開啟時間Ton和一定的關閉時間Toff.一個50%占空比的典型開關周期。這意味著
，在完整周期T的50%時間裏，轉換器中有某一電流;在另外50%時間裏
，轉換器中有不同的電流。

 

當我們考慮係統噪聲時，實際的開關頻率(換言之，周期長度T)bingbushihenzhongyao。ruguotazaixitongdeminganxinhaopinlvfanweinei，kaiguanpinlvhuoqixiebokenenghuiyingxiangxitong。danyibaneryan
，kaiguanpinlvbingbushiyingxiangxitongdezuidayinsu。

 

在開關模式電源中，真正重要的是開關轉換的速度。我們可以看到開關轉換在時間標度上的放大圖。在周期T為2us的時間標度上

，對於500kHz PWM開關頻率
，轉換看起來像是一條垂直線。但放大後，我們可以看到，開關轉換通常需要30到90ns的時間。

 

 

每2.5cm PCB走線具有大約20nH的走線電感。確切的電感值取決於走線的厚度、寬度和幾何形狀，但根據經驗，一般取20nH/2.5cm切實可行。假設一個降壓穩壓器提供5A的輸出電流，我們將會看到電流從0A切換到5A.當開關電流很大且開關轉換時間很短時，我們可以利用下麵的公式
，計算微小的走線電感會產生多大的電壓偏移：

 

假設走線長2.5cm(20nH)，輸出電流為5A(降壓穩壓器中的5A開關電流)，MOSFET功率開關的轉換時間為30ns
，那麼電壓偏移將是3.33V.

 

由此可見，僅僅2.5cm的de走zou線xian電dian感gan就jiu能neng產chan生sheng相xiang當dang大da的de電dian壓ya偏pian移yi。這zhe種zhong偏pian移yi甚shen至zhi常chang常chang導dao致zhi開kai關guan模mo式shi電dian源yuan完wan全quan失shi效xiao。將jiang輸shu入ru電dian容rong放fang在zai離li開kai關guan穩wen壓ya器qi輸shu入ru引yin腳jiao幾ji厘li米mi的de地di方fang，通tong常chang就jiu會hui導dao致zhi開kai關guan電dian源yuan不bu能neng工gong作zuo。在zai布bu局ju布bu線xian不bu當dang的de電dian路lu板ban上shang，如ru果guo開kai關guan電dian源yuan仍reng能neng工gong作zuo，它ta將jiang產chan生sheng非fei常chang大da的de電dian磁ci幹gan擾rao(EMI)。

 

在(zai)上(shang)麵(mian)的(de)公(gong)式(shi)中(zhong)，我(wo)們(men)唯(wei)一(yi)能(neng)改(gai)變(bian)的(de)參(can)數(shu)是(shi)走(zou)線(xian)電(dian)感(gan)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)使(shi)走(zou)線(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)走(zou)線(xian)電(dian)感(gan)。較(jiao)厚(hou)的(de)銅(tong)線(xian)也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)電(dian)感(gan)。由(you)於(yu)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)的(de)功(gong)率(lv)固(gu)定(ding)，因(yin)此(ci)我(wo)們(men)無(wu)法(fa)改(gai)變(bian)電(dian)流(liu)參(can)數(shu)。對(dui)於(yu)轉(zhuan)換(huan)時(shi)間(jian)而(er)言(yan)

，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)
，但(dan)一(yi)般(ban)不(bu)想(xiang)改(gai)變(bian)。減(jian)慢(man)轉(zhuan)換(huan)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)偏(pian)移(yi)，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)EMI
，但是開關損耗卻會提高，我們將不得不以較低的開關頻率並利用昂貴而龐大的電源器件工作。

 

在開關模式電源的PCB布局布線中，最重要的準則是以某種方式使交流走線盡可能短。如果能認真遵守這一準則
，良好的電路板布局布線可以說已經成功了80%.為了找到這些在很短的時間(轉換時間)內將電流從"滿電流"變為"無電流"的de交jiao流liu走zou線xian，我wo們men將jiang原yuan理li圖tu繪hui製zhi了le三san次ci。它ta是shi一yi個ge簡jian單dan的de降jiang壓ya型xing開kai關guan模mo式shi電dian源yuan。在zai頂ding部bu的de原yuan理li圖tu中zhong，我wo們men用yong虛xu線xian畫hua出chu了le開kai啟qi時shi間jian內nei電dian流liu的de流liu動dong。在zai中zhong間jian的de原yuan理li圖tu中zhong，我wo們men用yong虛xu線xian畫hua出chu了le關guan閉bi時shi間jian內nei電dian流liu的de流liu動dong。底di部bu的de原yuan理li圖tu特te別bie值zhi得de注zhu意yi。這zhe裏li
，我wo們men畫hua出chu了le電dian流liu從cong開kai啟qi時shi間jian變bian為wei關guan閉bi時shi間jian的de所suo有you走zou線xian。

 

通過這種方法
，我們可以輕鬆找到任何開關模式電源拓撲結構的交流電流走線。

 

在zai評ping估gu現xian有you的de電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian時shi

，一yi個ge好hao的de辦ban法fa是shi將jiang其qi打da印yin在zai紙zhi上shang
，並bing放fang上shang一yi張zhang透tou明ming的de塑su料liao板ban，然ran後hou用yong不bu同tong顏yan色se的de筆bi，畫hua出chu開kai啟qi時shi間jian和he關guan閉bi時shi間jian內nei的de電dian流liu流liu向xiang及ji相xiang應ying的de交jiao流liu走zou線xian。雖sui然ran我wo們men傾qing向xiang於yu認ren為wei，能neng夠gou在zai頭tou腦nao中zhong完wan成cheng這zhe一yi相xiang對dui簡jian單dan的de工gong作zuo
，但dan在zai思si維wei過guo程cheng中zhong，我wo們men常chang常chang會hui犯fan一yi些xie小xiao錯cuo誤wu，因yin此ci

，強qiang烈lie建jian議yi在zai紙zhi上shang繪hui出chu走zou線xian。

 

 

降jiang壓ya穩wen壓ya器qi的de交jiao流liu走zou線xian。必bi須xu注zhu意yi，某mou些xie接jie地di走zou線xian也ye是shi交jiao流liu走zou線xian，同tong樣yang需xu要yao保bao持chi盡jin可ke能neng短duan。此ci外wai
，對dui於yu這zhe些xie交jiao流liu電dian流liu路lu徑jing
，建jian議yi不bu要yao使shi用yong任ren何he過guo孔kong，因yin為wei過guo孔kong的de電dian感gan也ye相xiang當dang高gao。對dui於yu這zhe一yi規gui則ze，僅jin有you非fei常chang少shao的de例li外wai情qing況kuang。如ru果guo交jiao流liu路lu徑jing不bu使shi用yong過guo孔kong
，將jiang實shi際ji導dao致zhi比bi過guo孔kong本ben身shen更geng大da的de走zou線xian電dian感gan，那na麼me建jian議yi使shi用yong過guo孔kong。多duo個ge過guo孔kong並bing聯lian優you於yu僅jin使shi用yong單dan個ge過guo孔kong。

 

 

在EMI方fang麵mian，我wo們men也ye必bi須xu考kao慮lv電dian感gan。實shi際ji器qi件jian並bing不bu像xiang許xu多duo人ren認ren為wei的de那na樣yang對dui稱cheng。電dian感gan有you一yi個ge磁ci芯xin，磁ci芯xin周zhou圍wei繞rao著zhe電dian線xian。繞rao組zu總zong有you一yi個ge起qi始shi端duan和he一yi個ge結jie束shu端duan。起qi始shi端duan連lian接jie到dao電dian感gan的de內nei繞rao組zu，結jie束shu端duan從cong電dian感gan的de外wai繞rao組zu接jie出chu。繞rao組zu的de起qi始shi端duan通tong常chang在zai器qi件jian上shang標biao有you一yi個ge圓yuan點dian。將jiang起qi始shi端duan連lian接jie到dao高gao噪zao聲sheng開kai關guan節jie點dian
，將jiang結jie束shu端duan連lian接jie到dao安an靜jing的de電dian壓ya非fei常chang重zhong要yao。對dui於yu降jiang壓ya穩wen壓ya器qi，安an靜jing的de電dian壓ya就jiu是shi輸shu出chu電dian壓ya。這zhe樣yang，外wai繞rao組zu上shang的de固gu定ding電dian壓ya
，可ke以yi在zai電dian氣qi上shang屏ping蔽bi內nei繞rao組zu上shang的de交jiao流liu開kai關guan節jie點dian電dian壓ya，從cong而er電dian源yuan的deEMI將會較低。

 

順(shun)便(bian)提(ti)一(yi)下(xia)，所(suo)謂(wei)的(de)屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。具(ju)有(you)一(yi)定(ding)磁(ci)導(dao)率(lv)的(de)屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)的(de)外(wai)部(bu)
，確(que)實(shi)使(shi)用(yong)了(le)某(mou)種(zhong)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)
，該(gai)材(cai)料(liao)會(hui)收(shou)緊(jin)封(feng)裝(zhuang)側(ce)的(de)大(da)部(bu)分(fen)磁(ci)力(li)線(xian)。然(ran)而(er)
，這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)隻(zhi)能(neng)抑(yi)製(zhi)磁(ci)場(chang)，而(er)不(bu)能(neng)抑(yi)製(zhi)電(dian)場(chang)。外(wai)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)主(zhu)要(yao)是(shi)電(dian)氣(qi)或(huo)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)引(yin)起(qi)的(de)問(wen)題(ti)，屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)的(de)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)沒(mei)有(you)抑(yi)製(zhi)此(ci)類(lei)耦(ou)合(he)。因(yin)此(ci)，屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)也(ye)應(ying)放(fang)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)，以(yi)便(bian)將(jiang)高(gao)噪(zao)聲(sheng)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)連(lian)接(jie)到(dao)繞(rao)組(zu)起(qi)始(shi)端(duan)，從(cong)而(er)將(jiang)EMI降到最低。

 

開關模式電源良好電路板布局布線的基礎

 

工程課程一般不會教授如何實現良好的電路板布局布線。高頻RF類(lei)課(ke)程(cheng)會(hui)研(yan)究(jiu)走(zou)線(xian)阻(zu)抗(kang)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)
，但(dan)需(xu)要(yao)自(zi)行(xing)構(gou)建(jian)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)，通(tong)常(chang)不(bu)會(hui)將(jiang)電(dian)源(yuan)視(shi)為(wei)高(gao)頻(pin)係(xi)統(tong)，而(er)忽(hu)視(shi)了(le)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)。電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)不(bu)當(dang)引(yin)起(qi)的(de)大(da)多(duo)數(shu)問(wen)題(ti)，都(dou)可(ke)以(yi)歸(gui)結(jie)為(wei)未(wei)控(kong)製(zhi)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)走(zou)線(xian)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)並(bing)且(qie)緊(jin)湊(cou)。了(le)解(jie)本(ben)文(wen)所(suo)述(shu)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)準(zhun)則(ze)背(bei)後(hou)的(de)理(li)由(you)並(bing)嚴(yan)格(ge)遵(zun)守(shou)
，將(jiang)能(neng)夠(gou)把(ba)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)的(de)任(ren)何(he)PCB相關問題降到最小。