PCB电源设计需要注意的几点总结

来源：资讯文档    发布时间：2024-06-17 07:33:12

  电源设计的目的不单单是将交流电转换为直流电。电源的功能是以正确的电压和向电路元件提供给电力。未来电压低至1.8和1.2V器件还是会很常见。毕竟低电压对电源噪声的容忍度比较低。

  电源还需要电流限制来限制最大电流。因此电源的重要参数是电压、最大电流、电压纹波和最大电流时的热损耗。

  电源电子电路的典型功率流如上图所示，电子电路需要1.8V至12V范围的电压。1.2V、1.8V、3.3V、5V和12V是最常用的电压。

  在第一级中，230V/10VAC的输入交流电压被转换为6-12V范围内的隔离直流电压。第二极采用降压开关稳压器，将6-12V电压转换为5V或者3.3V。此外，使用LDO（低压差稳压器）将3.3V转换为1.8V或1.2V。

  在开关模式电源（SMPS开关电源）出现之前，铁芯变压器用于将高压230VAC/110VAC转换为12VAC.进一步将整流为最大约为12*1.4=16.8VDC线性稳压器用于将电压降低至所需水平。

  开关电源的使用提高了将电压转换为低电平的效率，减少了电源的PCB占用空间，并减少了纹波。

  对于电源设计，工程师要良好的PCB布局。下面是在PCB电源设计时的7个注意事项：

  一般来说，会选择线性稳压器或者开关模式稳压器。线性稳压器提高低噪声输出，但散热较高，需要冷却系统。开关模式稳压器在较宽的电流范围内效率很高，但开关噪声会导致响应出现尖峰。

  如果你选择线性稳压器，就需要仔细考虑具有低压差的稳压器，并且在进行制造之前进行热分析。

  2）开关稳压器：通过在电感中临时存储能量，在不同的开关事件以不同的电压释放该能量，将电压转换为另一种电压。

  使用快速开关MOS管，高效稳压器的输出能够最终靠改变脉宽（PWM）的占孔比来调整，效率取决于电路的散热，在这种情况下散热较低。

  开关稳压器的PWM开关会在输出中产生噪声或纹波。开关电流有几率会使其他信号中的噪声串扰。因此开关电源需要与关键信号隔离。

  如果你选择开关稳压器，需要仔细考虑电磁兼容性。（因为开关稳压器会发出EMI噪声，但没办法消除EMI，只可以通过滤波、减少电路环路、接地层和屏蔽等降低EMI）

  电源的性能直接取决于散热，大多数电子元件在电流通过时都会发热。发出的热量取决于组件的功率水平、特性和阻抗。如面所述，合适的稳压器能够大大减少电路中的散热。开关稳压器的效率很高，因为散发的热量较少。

  如果选择线性稳压器，建议使用散热器或者其他冷却方法，若设备的散热量很高，可优先考虑使用风扇。

  整个PCB的散热可能不均匀，具有高额定功率的组件可能会散发大量热量，从而在周围形成热点。可以在组件附近使用散热孔。

  接地层和电源层是用于电力传输的低阻抗路径。电源需要单独的接地层来分配功率、降低EMI、最大限度低减少串扰并减少电压降。电源层专用于电力传输到PCB的所需区域。

  工程师需要单独处理接地网络的每个部分。在多层PCB中，一层或者多层可以专门用于接地层和电源层。此外，还能够最终靠在2个有源信号之间放置阶地层来减少干扰和串扰，从而有效地用地包围信号走线、去耦

  所需的电流。充当本地电荷源以及支持切换。所有去耦电容都必须靠近IC的电源引脚连接，另一端直接连接到到低阻抗接地层。需要用短走线连接去耦电容和接地过孔，以最大限度地减少此连接的串联附加电感。

  电源完整性就是输送到电路的电源质量。它衡量系统内功率从电源传输到负载的效率，确保为所有电路和设备提供适当的功率，以此来实现电路所需的性能。