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技术专题
高压SMPS PCB布局可(kě)将热量和噪音降至最低
无论是执行AC-DC转换还是DC-DC转换，开关電(diàn)源布局在高压设计中都很(hěn)常见，必须仔细构造。尽管该系统非常普遍，但由于开关期间電(diàn)压和電(diàn)流的快速变化，它很(hěn)容易辐射EMI。设计人员很(hěn)少能(néng)将现有(yǒu)设计应用(yòng)于新(xīn)系统，因為(wèi)一个區(qū)域的微小(xiǎo)变化会产生难以诊断的EMI问题。
通过正确的布局选择和布線(xiàn)，可(kě)以防止噪声成為(wèi)SMPS输出上的重要问题。可(kě)以購(gòu)买低電(diàn)压转换器作為(wèi)具有(yǒu)不同形状因数的IC，但是高電(diàn)压转换器将需要由专用(yòng)板上的分(fēn)立组件生产。以下是一些重要的SMPS PCB布局技巧，可(kě)帮助您保持组件冷却并防止系统中出现噪声问题。
SMPS PCB布局中的噪声和热量问题
没有(yǒu)解决之道：由于晶體(tǐ)管驱动器的开关动作，任何SMPS都会产生中等程度的高频噪声。实际上，您是在将低频纹波（即，在AC-DC转换过程中从全波整流器产生）转换為(wèi)高频开关噪声。尽管此转换产生更稳定的直流输出，但仍然存在两个重要的噪声源：
来自开关元件的直接开关噪声。
系统中其他(tā)地方的瞬态噪声。
噪声会以传导噪声和辐射噪声的形式出现在SMPS单元的输出上。尽管每个问题的原因都很(hěn)难诊断，但可(kě)以轻松地區(qū)分(fēn)两种类型的噪声。SMPS PCB布局中的其他(tā)设计挑战是板上产生的热量。虽然这可(kě)以通过选择正确的PWM频率，占空比和上升时间来影响，但您仍然需要在電(diàn)路板上使用(yòng)正确的热管理(lǐ)策略。考虑到这两个挑战，让我们看一下SMPS PCB布局中要注意的一些细节。
热管理(lǐ)
理(lǐ)想的SMPS将耗散零功率，尽管实际上并不会发生这种情况。您的开关晶體(tǐ)管（以及用(yòng)于AC-DC转换的输入变压器）将耗散绝大部分(fēn)的热量。即使在开关電(diàn)源拓扑中效率可(kě)以达到90％，功率MOSFET仍可(kě)以在开关过程中散发大量热量。此处的常见做法是将散热器放置在关键的开关组件上。确保将它们重新(xīn)连接到接地层，以防止产生新(xīn)的EMI。
在高压/大電(diàn)流電(diàn)源中，这些散热器可(kě)能(néng)会很(hěn)大。您可(kě)以通过在机箱上安装风扇来增强系统的散热能(néng)力。同样，确保遵循有(yǒu)关為(wèi)该风扇供電(diàn)的很(hěn)好实践，以防止出现新(xīn)的EMI问题。
一些SMPS PCB布局技巧
您的堆叠
您的布局将在某种程度上帮助进行热管理(lǐ)，但这是EMI敏感性的更大决定因素。通常，通过在输入和输出電(diàn)路上使用(yòng)EMI滤波器来处理(lǐ)传导噪声。像高速/高频系统中的许多(duō)EMI问题一样，您的堆叠将是抵抗辐射EMI的主要决定因素。
SMPS运行的相关频率范围為(wèi)〜10 kHz至〜1 MHz，因此辐射的EMI将感应感应噪声。因此，您想将接地层与所有(yǒu)電(diàn)源组件一起直接放置在表层下面的叠层中。这将确保表层電(diàn)路的低环路電(diàn)感。通常会通过在输出端进行滤波来消除传播到输出端的任何感应噪声信号。
瞬态振铃
瞬态是一个更难解决的问题，因為(wèi)它们与您的叠层，布線(xiàn)，过孔的存在以及去耦/阻抗过大有(yǒu)关。与高速设计中的情况一样，请勿将任何携带开关信号的铜布線(xiàn)到接地层的间隙上，因為(wèi)这会形成某种类型的天線(xiàn)结构，该结构在瞬变时会强烈辐射。这些瞬变往往是高频的（从10到100兆赫的任何地方）。
瞬态振铃的问题是阻抗管理(lǐ)问题。高阻抗会导致强烈的電(diàn)压纹波。组件应以正确的焊盘图案放置，以最小(xiǎo)化電(diàn)路板PDN中的阻抗。您的组件的好坏焊盘示例如下所示。
布局中元件的好坏
最后，一般不要在布局中保留任何孤立的孤岛。使用(yòng)去耦電(diàn)容器将可(kě)能(néng)包含控制電(diàn)路或无源元件的任何功率孤岛连接回接地/接地层。在这种情况下，请小(xiǎo)心放置任何通孔，因為(wèi)您不想在接地平面上创建意外的缺口或插槽。