在開關電源的設計流程中，PCB 布局設計與電路設計具有同等重要的地位。合理的 PCB 布局是預防電源電路相關問題的關鍵所在。一旦布局不合理，輸出信號與開關信號就會相互疊加，進而引發(fā)一系列問題，如噪聲顯著增大、調節(jié)性能嚴重下降以及穩(wěn)定性大幅降低等。而通過運用恰當?shù)牟季植呗?，這些潛在的問題都能夠得到有效的規(guī)避。
布局的合理性對開關電源的性能有著直接且深遠的影響。它就像是開關電源的 “隱形骨架”，支撐著電源的正常運行。在設計過程中，必須高度重視布局的合理性，以確保電源能夠穩(wěn)定、高效地工作。

DC - DC 環(huán)流問題

在開關電源設計中，DC - DC 環(huán)流是一個不容忽視的問題。環(huán)流指的是直流電流在電路中不經(jīng)過負載，而是直接在電源正負極之間形成閉合回路。這種現(xiàn)象會導致能量的無端損失、設備發(fā)熱加劇以及效率明顯降低等不良后果。因此，在 PCB 布局設計時，需要采取切實有效的措施來減小或避免 DC - DC 環(huán)流的產(chǎn)生。
在開關元件導通與關斷的不同狀態(tài)下，電流路徑具有不同的特點。當開關元件 Q1 導通時，電流主要通過紅色線條流向負載，同時高頻去耦電容器 Cbypass 會提供急劇變化的電流需求，而輸入電源則負責供應緩慢變化的電流。當開關元件 Q1 關斷時，續(xù)流二極管 D1 開始導通，電感器 L 中積聚的能量被釋放到輸出側，此時輸出電容器的電流雖然存在一定波動，但整體保持相對平滑的狀態(tài)。在 PCB 布局時，尤其需要關注電流差分路徑，因為這種電流的急劇變化會產(chǎn)生包含大量高次諧波的電流波形，對電源性能產(chǎn)生不利影響。

PCB 布局關鍵要點

在進行 PCB 布局時，有幾個關鍵要點需要特別關注。優(yōu)化布局時，要充分考慮電容器、二極管及 IC 芯片之間的合理排列。合理的安排可以顯著提升散熱效果，并有效減少噪聲干擾。建議將輸入電容器、續(xù)流二極管和 IC 芯片集中放置在 PCB 的同一側，并且確保它們盡可能地靠近 IC 芯片。此外，在 PCB 上引入散熱過孔陣列的設計，能夠極大地改善散熱能力，確保電源在長時間工作時保持穩(wěn)定的溫度。

輸入電容器的布局設計

在布局過程中，首要任務是妥善安排輸入電容器和續(xù)流二極管的位置。在電流較小的設計中，輸入電容和去耦電容可以共用一個陶瓷電容器。這是因為陶瓷電容器的電容值越小，其頻率特性就越出色。雖然這樣的設計可以簡化布局，但必須密切關注其頻率特性，以確保電源的穩(wěn)定性。
當輸入電容器的頻率特性不佳時，需要并聯(lián)一個高頻去耦電容器來優(yōu)化電源性能。這個 Cbypass 電容器一般選用表面貼裝型的疊層陶瓷電容器（MLCC），常見類型為 X5R 或 X7R，容值范圍在 0.1μF 至 0.47μF 之間。
在實際應用中，輸入電容器和續(xù)流二極管的布局與電源的穩(wěn)定性和性能密切相關。合理安排這些部件的位置可以避免過孔噪聲，顯著提升電源的穩(wěn)定性。當 Cbypass 電容器與 IC 的 VIN 引腳距離較遠時，由于布線寄生感抗的影響，會產(chǎn)生電壓噪聲。因此，應盡可能縮短 Cbypass 與 VIN 引腳之間的布線距離。為防止 CIN 的高頻干擾影響輸出，建議將 CIN 的接地與輸出電容器 Cout 的接地保持一定的距離，通常在 1cm 至 2cm 之間進行布局。

續(xù)流二極管的布局

為了減少由于布線寄生電感引起的噪音毛刺，續(xù)流二極管的布局需要格外注意。續(xù)流二極管 D1 應放置在與 IC 相同的層面上，并且盡可能靠近 IC 的引腳。在連接續(xù)流二極管時，應采用最短且較寬的布線，直接將二極管連接到 IC 的開關引腳和 GND 引腳。將續(xù)流二極管貼近 IC 引腳可以避免長引線帶來的寄生電感噪聲，必要時還可以添加緩沖電路來進一步減小影響。
如果 IC 引腳至二極管的距離過遠，噪聲毛刺可能會疊加至輸出端，從而影響電源的輸出質量。因此，良好的布局能夠最大程度地減少這些問題的發(fā)生。

熱焊盤設計

盡管 PCB 上的銅箔在一定程度上有助于散熱，但基板上的散熱過孔對于提升散熱效率起著至關重要的作用。在實際應用中，應避免設計過大面積的銅箔，以降低熱阻，從而更有效地傳輸熱量。通過在基板上設置散熱過孔，可以將熱量迅速傳導至基板的另一側，從而大幅降低熱阻，確保開關電源在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定工作。