认识了解开关电源及其布线规则技巧

在日常的电源使用当中，开关电源是最为常见的一种现代电子供电产品。不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。理想上，开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体管工作在放大区，本身也会消耗电能。开关电源的高转换效率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。

若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要好。不过开关电源比较复杂，内部晶体管会频繁切换，若切换电流尚未加以处理，可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备，而且若开关电源没有特别设计，其电源功率因数可能不高。

对于开关电源的布线处理时，我们还是有以下事项需要注意：

1、参数设置

相邻导线之间的距离必须满足电气安全要求，间距应尽可能宽，以便于操作和生产。最小间距应至少适合所承受的电压。当布线密度较低时，可适当增加信号线间距。对于高低电平相差较大的信号线，间距应尽可能短，并应加大间距。一般情况下，配线间距应设置为8mil。焊盘内孔边缘与PCB板边缘的距离应大于1mm，以避免焊盘在加工过程中产生缺陷。当与焊盘连接的导线较薄时，焊盘与导线之间的连接应设计为水滴。这样做的好处是，焊盘不易剥落，而接线和焊盘不易断开。

2、元器件布局

实践证明，即使电路原理图设计正确，PCB电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果PCB电路板的两条细平行线相互靠近，会形成信号波形的延迟，在传输线的末端会形成反射噪声;由于不考虑电源和地线而引起的干扰会降低产品的性能。因此，在设计PCB电路板时应采用正确的方法。

每个开关电源有四个电流回路(1)、电源开关交流电路(2)、输出整流器交流电路(3)、输入信号源电流回路(4)、输出负载电流回路

输入电路通过近似的直流电流对输入电容器充电，滤波电容器主要起宽带储能功能;同样，输出滤波电容器还用于存储输出整流器的高频能量，消除输出负载的直流电能电路。因此，输入和输出滤波电容的端子是非常重要的。输入和输出电流电路只能从滤波电容器的端子连接到电源;如果输入/输出电路和电源开关/整流器电路之间的连接不能直接连接到电容器的端子上，交流能量将从输入或输出滤波电容器辐射到环境中。

电源开关和整流器的交流电路含有高振幅梯形电流。这些电流的谐波成分非常高，其频率远远大于开关的基频。峰值振幅可高达连续输入/输出直流电流幅值的5倍，过渡时间通常在50ns左右。这两种电路都容易产生电磁干扰。因此，这些交流电路必须在电源中其他印刷线路布线之前敷设。各回路的滤波电容器、功率开关或整流器、电感或变压器应相邻放置，并调整元件的位置，使它们之间的电流通路尽可能短。

3、布线

开关电源含有高频信号。印刷电路板上的任何印刷线都可以起到天线的作用。印刷导线的长度和宽度会影响其阻抗和电感电抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印刷线路也可以耦合到来自相邻印刷线路的射频信号，从而导致电路问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此，所有通过交流电流的印刷线路应设计得尽可能短和宽，这意味着所有连接到印刷线路和其他电源线的部件必须放在一起。印刷导线的长度与电感和阻抗成正比，而宽度与电感和阻抗成反比。

长度越长，印刷电路发射和接收电磁波的频率越低，辐射的射频能量也就越多。根据印刷电路板电流的大小，尽量缩短电源线的宽度，以减小回路电阻。同时，使电源线和地线的方向与电流方向一致，有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的最底层分支。它作为电路的共同参考点起着重要的作用。这是控制干扰的重要方法。因此，布置时应仔细考虑接地线的布置。各种接地线混接会导致电源运行不稳定。

相信通过阅读上面的内容，大家对开关电源有了初步的了解，同时也希望大家在学习过程中，做好总结，这样才能不断提升自己的专业水平。