优化电源模块性能的PCB布局技术

全球出现的能源短缺问题使各国政府都开始大力推行节能新政。电子产品的能耗标准越来越严格，对于电源设计工程师，如何设计更高效率、更高性能的电源是一个永恒的挑战。本文从电源PCB的布局出发，介绍了优化SIMPLE SWITCHER电源模块性能的最佳PCB布局方法、实例及技术。

在规划电源布局时，首先要考虑的是两个开关电流环路的物理环路区域。虽然在电源模块中这些环路区域基本看不见，但是了解这两个环路各自的电流路径仍很重要，因为它们会延至模块以外。在图1所示的环路1中，电流自导通的输入旁路电容器(Cin1)，在高端MOSFET的持续导通时间内经该MOSFET，到达内部电感器和输出旁路电容器(CO1)，最后返回输入旁路电容器。

图1 电源模块中环路示意图

环路2是在内部高端MOSFET的关断时间以及低端MOSFET的导通时间内形成的。内部电感器中存储的能量流经输出旁路电容器和低端MOSFET，最后返回GND（如图1所示）。两个环路互不重叠的区域（包括环路间的边界），即为高di/dt电流区域。在向转换器提供高频电流以及使高频电流返回其源路径的过程中，输入旁路电容器(Cin1)起着关键作用。

输出旁路电容器(Co1)虽然不会带来较大交流电流，但却会充当开关噪声的高频滤波器。鉴于上述原因，在模块上输入和输出电容器应该尽量靠近各自的VIN和VOUT引脚放置。如图2所示，若使旁路电容器与其各自的VIN和VOUT引脚之间的走线尽量缩短并扩宽，即可将这些连接产生的电感降至最低。

图2 SIMPLE SWITCHER环路

将PCB布局中的电感降至最低，有以下两大好处。第一,通过促进能量在Cin1与CO1之间的传输来提高元件性能。这将确保模块具有良好的高频旁路，将高di/dt电流产生的电感式电压峰值降至最低。同时还能将器件噪声和电压应力降至最低，确保其正常操作。第二，最大化降低EMI。

连接更少寄生电感的电容器，就会表现出对高频率的低阻抗特性，从而减少传导辐射。建议使用陶瓷电容器（X7R或X5R）或其他低ESR型电容器。只有将额外的电容放在靠近GND和VIN端时，添加的更多的输入电容才能发挥作用。SIMPLE SWITCHER电源模块经过独特设计，本身即具有低辐射和传导EMI，而遵循本文介绍的PCB布局指导方针，将获得更高性能。

回路电流的路径规划常被忽视，但它对于优化电源设计却起着关键作用。此外，应该尽量缩短且扩宽与Cin1和CO1之间的接地走线，并直接连接裸焊盘，这对于具有较大交流电流的输入电容(Cin1)接地连接尤为重要。