正如我在第一部分中提到的，專用于電源管理的印刷電路板 (PCB) 區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)設計人員來說是一個巨大的限制。降低轉換器損耗是在 PCB 空間有限的空間受限應用中實現(xiàn)緊湊實現(xiàn)的基本要求。

在電路板上的戰(zhàn)略位置靈活部署轉換器的能力也很重要——例如高電流負載點（POL）模塊，其最佳位置靠近負載以實現(xiàn)更小的傳導降和更好的負載瞬態(tài)性能.

考慮圖 1 中小型化降壓轉換器的功率級布局。作為嵌入式 POL 模塊實現(xiàn)，它使用全陶瓷電容器設計、高效屏蔽電感器、垂直堆疊的 MOSFET、電壓模式控制器和帶有 2oz 銅的六層 PCB。

圖 1：25A 同步降壓轉換器 PCB 布局和實施。

這種設計的主要原則是高功率密度和低物料清單 (BOM) 成本。它占用的 PCB 總面積為 2.2cm 2 (0.34in 2 )，每單位面積的有效電流密度為 11.3A/cm 2 (75A/in 2 )。3.3V 輸出時單位體積的功率密度為 57W/cm 3 (930W/in 3 )。

獲得高功率密度的正常方法是增加開關頻率。相比之下，您可以通過策略性的元件選擇實現(xiàn)小型化，同時保持 300kHz 的相對較低的開關頻率，以減少頻率比例損耗，例如 MOSFET 開關損耗和電感器磁芯損耗。表 1 列出了此設計的基本組件。

表 1：POL 模塊組件、封裝尺寸和推薦的焊盤尺寸。

高密度 PCB 設計的價值主張

顯然，PCB 是設計中一個重要的（有時也是最昂貴的）組件。為高密度 DC/DC 轉換器精心規(guī)劃和精心執(zhí)行的 PCB 布局的價值主張在于：

· 空間受限設計中的更多功能（減少解決方案體積和占地面積）。

· 降低開關環(huán)路寄生電感，有助于：

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· 降低功率 MOSFET 電壓應力（開關節(jié)點電壓尖峰）和振鈴。

· 減少開關損耗。

· 降低電磁干擾（EMI）、磁場耦合和輸出噪聲特征。

· 額外的保證金生存輸入軌瞬態(tài)電壓干擾，特別是在寬的VIN 范圍應用。

· 提高可靠性和穩(wěn)健性（降低組件溫度）。

· 成本節(jié)約與更小的 PCB、更少的過濾組件和消除緩沖器有關。

· 差異化設計可提供競爭優(yōu)勢、吸引客戶注意力并增加收入。

可以說，PCB 布局決定了開關電源轉換器最終實現(xiàn)的性能。當然，設計人員很樂意避免為 EMI、噪聲、信號完整性和其他與不良布局相關的問題花費無數(shù)小時的調(diào)試時間。

不要在關鍵回路上使用熱阻焊盤，它們會引入多余的電感特性。 當使用地線層的時候，要盡力保持輸入切換回路下面的地層的完整性。任何對這一區(qū)域地線層的切割都會降低地線層的有效性，即使是通過地線層的信號導通孔也會增加其阻抗。導通孔可以被用于連接退藕電容和 IC 的地到地線層上，這可使回路最短化。但需要牢記的是導通孔的電感量大約在 0.1~0.5nH 之間，這會根據(jù)導通孔厚度和長度的不同而不同，它們可增加總的回路電感量。對于低阻抗的連接來說，使用多個導通孔是應該的。

在上面的例子中，通到地線層的附加導通孔對縮減 C IN 回路的長度沒有幫助。但在另一個例子中，由于頂層的路徑很長，通過導通孔來縮小回路面積就十分有效。

  需要注意的是將地線層作為電流回流的路徑會將大量噪聲引入地線層，為此可將局部地線層獨立出來，再通過一個噪聲很低的點接入主地當中。

  當?shù)鼐€層很靠近輻射回路的時候，其對回路的屏蔽效果會得到有效的加強。因此，在設計多層PCB的時候，可將完整的地線層放在第二層，使其直接位于承載了大電流的頂層的下面。

 非屏蔽電感會生成大量的漏磁，它們會進入其他回路和濾波元件之中。在噪聲敏感的應用中應當使用半屏蔽或全屏蔽的電感，還要讓敏感電路和回路遠離電感。

解決 EMI 問題可能是一件很復雜的事情，尤其是在面對完整的系統(tǒng)，同時又不知道輻射源所在的時候。有了關于高頻信號和開關切換式轉換器中的電流回路的基礎知識，再加上對元器件和 PCB 布局在高頻情況下的表現(xiàn)的了解，結合某些簡單自制工具的使用，要想找出輻射源和降低輻射的低成本解決方案，從而輕松的解決 EMI 問題是有可能的。預告下期將為大家?guī)硪粋€DIY EMI 探測工具。相信這些開關電源的經(jīng)驗對初學的一些工程師來說，會有一定的幫助。