开关稳压器详解（五）－Buck降压型开关稳压器PCB layout布局

不会layout的工程师不是好的硬件工程师。在开关电源设计中,PCB布局设计与电路设计一样重要，不正确的布局会导致稳定性较大有很大的噪声干扰以及振铃振荡等现象出现。由于硬件制板周期时间较长且投入成本较大，所以在电源设计中需要掌握PCB基本布局要点，本篇文章将针对非同步式Buck型DCDC来做讲解。

电流路径

Buck型DCDC存在两个电流发生剧烈变化的主回路:

①上管打开，如下图红色箭头方式所示。在此过程中交变的电流I1会流过输入输出电容。 C I N C_{IN} CIN是大容值电容器， C B Y P A S S C_{BYPASS} CBYPASS是去耦电容。

②上管关断,由电感和续流二极管组成了下图电流区域,电流波形I2。

电流I1和I2都是不连续的，这意味着它们在发生切换的时候都存在陡峭的上升沿和下降沿，这些陡峭的上升沿和下降沿具有极短的上升和下降时间，因而存在很高的电流变化速度dI/dt，其中就必然存在很多高频成分。

③从上面两个回路可以得知，电流路径I1和I2共享了开关节点->电感->输出电容->地->二极管这一路径。I1和I2合在一起就是个平缓连续的锯齿波，连续区域内不存在高的电流变化率所以高频成分较少。所以下图红色区域部分在MOS管开关准换时电流会急剧变化，会出现高次谐波，所以不连续区域（下图红色区域）在PCB layout时需要重点关注。

PCB设计要点:

输入电容器和二极管在与IC相同的面,尽可能在IC最近处
电感可使开关节点辐射噪声最小化,因此布局也要配置在IC附近
输出电容靠近电感放置
反馈回路远离电感和二极管等噪声源

输入电容配置:
C B Y P A S S C_{BYPASS} CBYPASS放置在同面最近端,负责大部分脉冲状电流。 C I N C_{IN} CIN为大容值电容可以适当离开1-2cm可以接受，下图2是折中方案。

不正确的布局方式如下，一定要避免：

电容放置在背面，受导通孔的影响导致电感量增大，电压噪声增大。

输入电容离IC较远而且地回路很大，会造成电压噪声及振铃现象。二极管及IC开关引脚地回路较大布线电感增加尖峰噪声也会相应增加。

当 C B Y P A S S C_{BYPASS} CBYPASS离IC不同位置电压纹波有着很大变化：

电感配置

理想的电感布局如下示意：
关于走线宽度可按照1oz铜厚PCB按照1mm-1A,2oz铜箔PCB按0.7mm-1A设计

电感不理想布局如下：

①过大的铜箔面积，会产生天线的作用，使EMI增加:

②电感正下方不能布置接地层,因接地层产生的涡电流会把磁力线消除，导致电感值降低损耗增加。

③电感引脚间距离过近，导致杂散电容增加，使输出纹波增加。

输出电容配置：

输出电流连接在电感后端，因此输出电容电流平滑
输出电容尽可能靠近电感
输入的地有几百M的高频，因此建议 C I N C_{IN} CIN的接地和 C O C_{O} CO的接地离开1-2cm进行配置
两者接近的话，输入的高频噪声可能会有 C O C_{O} CO传递到输出

反馈回路的布线配置：

反馈路径应远离噪声干扰源，正确布局如下：

不正确布局如下：

反馈路径与电感平行，电感外围的噪声产生的磁场会使反馈路径感应到噪声。

散热孔配置：

PCB铜箔面积有助于散热，但因厚度不充分超过一定面积后未必达到相应面积对应的散热效果，所以需要将热量传递到PCB的反面可减少热阻，因此需要散热孔。

常见的SOP-8峰值的散热孔配置如下：

为了提高散热孔的热传导率，建议采用直径0.3mm左右的电镀通孔。孔径过大的话，在回流焊时会导致焊料爬越问题，仅背面散热不足时，需要在ＩＣ外围也要配置散热孔。

参考

PCB Layout Techniques of Buck Converter

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