開關模式電源用於將一個電壓轉換為另一個電壓。這種電源的效率通常很高，因此，在許多應用中
，它取代了線性穩壓器。

 

 

開關模式電源以一定的開關頻率工作。開關頻率既可以是固定的(例如在PWM型控製中)，也可以根據某些因素而變化(例如在PFM或遲滯型控製中)。無論何種情況，開關模式電源的工作原理，都在於它有一定的開啟時間Ton和一定的關閉時間Toff.一個50%占空比的典型開關周期。這意味著，在完整周期T的50%時間裏
，轉換器中有某一電流;在另外50%時間裏

，轉換器中有不同的電流。

 

當我們考慮係統噪聲時
，實際的開關頻率(換言之
，周期長度T)並(bing)不(bu)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)它(ta)在(zai)係(xi)統(tong)的(de)敏(min)感(gan)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)或(huo)其(qi)諧(xie)波(bo)可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)。但(dan)一(yi)般(ban)而(er)言(yan)，開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)並(bing)不(bu)是(shi)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)大(da)因(yin)素(su)。

 

在開關模式電源中，真正重要的是開關轉換的速度。我們可以看到開關轉換在時間標度上的放大圖。在周期T為2us的時間標度上，對於500kHz PWM開關頻率，轉換看起來像是一條垂直線。但放大後，我們可以看到，開關轉換通常需要30到90ns的時間。

 

 

每2.5cm PCB走線具有大約20nH的走線電感。確切的電感值取決於走線的厚度、寬度和幾何形狀，但根據經驗，一般取20nH/2.5cm切實可行。假設一個降壓穩壓器提供5A的輸出電流，我們將會看到電流從0A切換到5A.當開關電流很大且開關轉換時間很短時，我們可以利用下麵的公式，計算微小的走線電感會產生多大的電壓偏移：

 

假設走線長2.5cm(20nH)，輸出電流為5A(降壓穩壓器中的5A開關電流)
，MOSFET功率開關的轉換時間為30ns，那麼電壓偏移將是3.33V.

 

由此可見
，僅僅2.5cm的(de)走(zou)線(xian)電(dian)感(gan)就(jiu)能(neng)產(chan)生(sheng)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)偏(pian)移(yi)。這(zhe)種(zhong)偏(pian)移(yi)甚(shen)至(zhi)常(chang)常(chang)導(dao)致(zhi)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)完(wan)全(quan)失(shi)效(xiao)。將(jiang)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)放(fang)在(zai)離(li)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)輸(shu)入(ru)引(yin)腳(jiao)幾(ji)厘(li)米(mi)的(de)地(di)方(fang)
，通(tong)常(chang)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)不(bu)能(neng)工(gong)作(zuo)。在(zai)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)不(bu)當(dang)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)
，如(ru)果(guo)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)仍(reng)能(neng)工(gong)作(zuo)，它(ta)將(jiang)產(chan)生(sheng)非(fei)常(chang)大(da)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)(EMI)。

 

在zai上shang麵mian的de公gong式shi中zhong，我wo們men唯wei一yi能neng改gai變bian的de參can數shu是shi走zou線xian電dian感gan。我wo們men可ke以yi使shi走zou線xian盡jin可ke能neng短duan，從cong而er降jiang低di走zou線xian電dian感gan。較jiao厚hou的de銅tong線xian也ye有you助zhu於yu降jiang低di電dian感gan。由you於yu負fu載zai所suo需xu的de功gong率lv固gu定ding，因yin此ci我wo們men無wu法fa改gai變bian電dian流liu參can數shu。對dui於yu轉zhuan換huan時shi間jian而er言yan，我wo們men可ke以yi改gai變bian
，但dan一yi般ban不bu想xiang改gai變bian。減jian慢man轉zhuan換huan時shi間jian可ke以yi降jiang低di產chan生sheng的de電dian壓ya偏pian移yi，從cong而er降jiang低diEMI
，但是開關損耗卻會提高
，我們將不得不以較低的開關頻率並利用昂貴而龐大的電源器件工作。

 

在開關模式電源的PCB布局布線中，最重要的準則是以某種方式使交流走線盡可能短。如果能認真遵守這一準則，良好的電路板布局布線可以說已經成功了80%.為了找到這些在很短的時間(轉換時間)內將電流從"滿電流"變為"無電流"的de交jiao流liu走zou線xian，我wo們men將jiang原yuan理li圖tu繪hui製zhi了le三san次ci。它ta是shi一yi個ge簡jian單dan的de降jiang壓ya型xing開kai關guan模mo式shi電dian源yuan。在zai頂ding部bu的de原yuan理li圖tu中zhong，我wo們men用yong虛xu線xian畫hua出chu了le開kai啟qi時shi間jian內nei電dian流liu的de流liu動dong。在zai中zhong間jian的de原yuan理li圖tu中zhong
，我wo們men用yong虛xu線xian畫hua出chu了le關guan閉bi時shi間jian內nei電dian流liu的de流liu動dong。底di部bu的de原yuan理li圖tu特te別bie值zhi得de注zhu意yi。這zhe裏li，我wo們men畫hua出chu了le電dian流liu從cong開kai啟qi時shi間jian變bian為wei關guan閉bi時shi間jian的de所suo有you走zou線xian。

 

通過這種方法，我們可以輕鬆找到任何開關模式電源拓撲結構的交流電流走線。

 

在zai評ping估gu現xian有you的de電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian時shi

，一yi個ge好hao的de辦ban法fa是shi將jiang其qi打da印yin在zai紙zhi上shang，並bing放fang上shang一yi張zhang透tou明ming的de塑su料liao板ban
，然ran後hou用yong不bu同tong顏yan色se的de筆bi，畫hua出chu開kai啟qi時shi間jian和he關guan閉bi時shi間jian內nei的de電dian流liu流liu向xiang及ji相xiang應ying的de交jiao流liu走zou線xian。雖sui然ran我wo們men傾qing向xiang於yu認ren為wei，能neng夠gou在zai頭tou腦nao中zhong完wan成cheng這zhe一yi相xiang對dui簡jian單dan的de工gong作zuo，但dan在zai思si維wei過guo程cheng中zhong
，我wo們men常chang常chang會hui犯fan一yi些xie小xiao錯cuo誤wu
，因yin此ci，強qiang烈lie建jian議yi在zai紙zhi上shang繪hui出chu走zou線xian。

 

 

jiangyawenyaqidejiaoliuzouxian。bixuzhuyi，mouxiejiedizouxianyeshijiaoliuzouxian，tongyangxuyaobaochijinkenengduan。ciwai，duiyuzhexiejiaoliudianliulujing
，jianyibuyaoshiyongrenheguokong，yinweiguokongdedianganyexiangdanggao。duiyuzheyiguize，jinyoufeichangshaodeliwaiqingkuang。ruguojiaoliulujingbushiyongguokong，jiangshijidaozhibiguokongbenshengengdadezouxiandiangan，namejianyishiyongguokong。duogeguokongbinglianyouyujinshiyongdangeguokong。

 

 

在EMI方(fang)麵(mian)，我(wo)們(men)也(ye)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)電(dian)感(gan)。實(shi)際(ji)器(qi)件(jian)並(bing)不(bu)像(xiang)許(xu)多(duo)人(ren)認(ren)為(wei)的(de)那(na)樣(yang)對(dui)稱(cheng)。電(dian)感(gan)有(you)一(yi)個(ge)磁(ci)芯(xin)，磁(ci)芯(xin)周(zhou)圍(wei)繞(rao)著(zhe)電(dian)線(xian)。繞(rao)組(zu)總(zong)有(you)一(yi)個(ge)起(qi)始(shi)端(duan)和(he)一(yi)個(ge)結(jie)束(shu)端(duan)。起(qi)始(shi)端(duan)連(lian)接(jie)到(dao)電(dian)感(gan)的(de)內(nei)繞(rao)組(zu)
，結(jie)束(shu)端(duan)從(cong)電(dian)感(gan)的(de)外(wai)繞(rao)組(zu)接(jie)出(chu)。繞(rao)組(zu)的(de)起(qi)始(shi)端(duan)通(tong)常(chang)在(zai)器(qi)件(jian)上(shang)標(biao)有(you)一(yi)個(ge)圓(yuan)點(dian)。將(jiang)起(qi)始(shi)端(duan)連(lian)接(jie)到(dao)高(gao)噪(zao)聲(sheng)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)
，將(jiang)結(jie)束(shu)端(duan)連(lian)接(jie)到(dao)安(an)靜(jing)的(de)電(dian)壓(ya)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。對(dui)於(yu)降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)
，安(an)靜(jing)的(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)是(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。這(zhe)樣(yang)，外(wai)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)固(gu)定(ding)電(dian)壓(ya)，可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)氣(qi)上(shang)屏(ping)蔽(bi)內(nei)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)電(dian)壓(ya)，從(cong)而(er)電(dian)源(yuan)的(de)EMI將會較低。

 

順(shun)便(bian)提(ti)一(yi)下(xia)，所(suo)謂(wei)的(de)屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。具(ju)有(you)一(yi)定(ding)磁(ci)導(dao)率(lv)的(de)屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)的(de)外(wai)部(bu)，確(que)實(shi)使(shi)用(yong)了(le)某(mou)種(zhong)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)，該(gai)材(cai)料(liao)會(hui)收(shou)緊(jin)封(feng)裝(zhuang)側(ce)的(de)大(da)部(bu)分(fen)磁(ci)力(li)線(xian)。然(ran)而(er)
，這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)隻(zhi)能(neng)抑(yi)製(zhi)磁(ci)場(chang)
，而(er)不(bu)能(neng)抑(yi)製(zhi)電(dian)場(chang)。外(wai)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)主(zhu)要(yao)是(shi)電(dian)氣(qi)或(huo)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)引(yin)起(qi)的(de)問(wen)題(ti)
，屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)的(de)屏(ping)蔽(bi)材(cai)料(liao)沒(mei)有(you)抑(yi)製(zhi)此(ci)類(lei)耦(ou)合(he)。因(yin)此(ci)
，屏(ping)蔽(bi)電(dian)感(gan)也(ye)應(ying)放(fang)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)，以(yi)便(bian)將(jiang)高(gao)噪(zao)聲(sheng)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)連(lian)接(jie)到(dao)繞(rao)組(zu)起(qi)始(shi)端(duan)，從(cong)而(er)將(jiang)EMI降到最低。

 

開關模式電源良好電路板布局布線的基礎

 

工程課程一般不會教授如何實現良好的電路板布局布線。高頻RF類lei課ke程cheng會hui研yan究jiu走zou線xian阻zu抗kang的de重zhong要yao性xing
，但dan需xu要yao自zi行xing構gou建jian係xi統tong電dian源yuan的de工gong程cheng師shi，通tong常chang不bu會hui將jiang電dian源yuan視shi為wei高gao頻pin係xi統tong，而er忽hu視shi了le電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian的de重zhong要yao性xing。電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian不bu當dang引yin起qi的de大da多duo數shu問wen題ti
，都dou可ke以yi歸gui結jie為wei未wei控kong製zhi交jiao流liu電dian流liu走zou線xian盡jin可ke能neng短duan並bing且qie緊jin湊cou。了le解jie本ben文wen所suo述shu電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian準zhun則ze背bei後hou的de理li由you並bing嚴yan格ge遵zun守shou

，將jiang能neng夠gou把ba開kai關guan模mo式shi電dian源yuan的de任ren何hePCB相關問題降到最小。