开关电源 PCB 元器件如何布局才合理？资深工程师带你避开三大坑

本人实在参与测试了许多款工业电源板卡，经历过电源纹波超出标准、芯片烧坏烧毁以及EMI测试未能通过的状况。对于刚入门的新手而言，只要依照步骤一个一个地逐步进行操作，便能够轻松地避开因电源器件布局不合适由此引发的这些具有代表性的问题。关键的要点就在于一句话：要使得电源器件紧紧靠着电源接口，然而这远远不只是“放置得距离近”这么容易的事情。

电源器件靠近电源接口，具体怎么操作

首先，需确定主电源输入的路径。起始于板子的DC Jack或者接线端子，运用粗线（最小为40mil）去拉出主干道。并且，第一个靠近放置的应当是输入滤波电容，理想的距离是电容焊盘中心到接口焊盘中心小于10mm。以通常会用到的一百微法、二十五伏的电解电容作为例子，它的负极焊盘应当直接借助铺铜去连接到电源接口的接地脚，正极焊盘经由走线连接到电源正极，这一段走线要短并且粗。

【新手避坑】

这里最为常见的报错情形是，在上电的那一瞬间，电容出现冒烟的状况，又或者是电压处于不稳定的状态。其核心的原因在于，输入电容的ESR，也就是等效串联电阻，过大了，又或者是容值不足够，以致于没办法去吸收插拔接口之际所产生的电压尖峰。快速的解决办法是，查阅芯片手册当中“推荐输入电容”的那一部分内容，并列放置一个个头大小为10uF的陶瓷电容，以此来降低高频ESR，并且保证电容的额定电压要高于输入电压的1.5倍。

接下来的这一步，要去布置那个电源转换芯片以及它周围的那些部件。就拿同步降压芯片MP2315当作例子来说，芯片的本体应当紧紧挨着输入滤波电容来进行放置。它的VIN引脚所用到的去耦电容呀，一般情况下是0.1uF的那种，必须放置在芯片VIN引脚与GND引脚所形成的那个回路范围之内，而且电容的GND端要直接通过打孔的方式连接到芯片正下方的地平面上，两者之间的物理距离要控制在3mm以内。

【新手避坑】

这一步进行调试期间，常常会出现芯片发热极为严重的情况，或者出现输出电压产生振荡的状况。核心的出错之处在于，高频去耦电容距离芯片太过遥远，致使寄生电感过大，进而破坏了芯片自有的稳定性。解决的办法是：要严格依照“先电容后电感”这样的布局顺序来操作，也就是按照VIN引脚、去耦电容、芯片本体、功率电感这样的先后顺序。运用0402封装的陶瓷电容，并且利用对称的“双Via”方式把电容连接到地平面。

第三步，要进行处理输出滤波以及反馈。在功率电感之后，输出滤波电容组应当紧挨着电感进行放置。此时这里需要一个关键参数的最优推荐哩：对于5V/3A输出而言，推荐采用一个22uF陶瓷电容与一个100uF聚合物电容并联的方式。其中陶瓷电容（像是X5R材质的那种）负责高频噪声处理，需要放置得最靠近电感；聚合物电容负责负载瞬态响应，放置位置可稍远一些但必须在同一电流路径上。需在输出电容的“干净”端进行反馈电阻分压网络的取样，走线要远离电感以及大电流路径形成的线路。

【新手避坑】

反馈环路致使输出电压精度呈现较差状况譬如为4.8V而非5.0V ，缘由在于反馈走线过长或者遭受开关噪声干扰 ，实现快速解决的应对措施是 将用作分压用途的电阻器直接安放在芯片有关标记为FB的那个引脚旁边， 需从输出电容的正极就是那个非电感后端部位引出极其窄的直线形状的线也就是10mil规格的线连接到上方发挥着分压作用的电阻器，并且这条用以连接的走线须被地线环绕也就是Guard Trace这种形式。

为什么电源器件必须靠近接口，而非随意放置

相较于电流自身存在的变化这种流动起来时会对周围产生影响的情况，从能量传输角度去分析，电流路径若是越短，那么寄生电阻以及电感往往就会越小。这一点与电源转换效率以及动态响应速度直接产生着关系。有一种较为常见的误区乃是优先对此进行关于“板子美观”这样的评定考量之后，进而把电源模块放置在角落之处，这样做会致使输入环路面积增大，最终成为EMI辐射的天线。

在对两种方案开展对比期间，取舍的逻辑清晰可见：方案A呈“电源接口，接着是长走线，之后是电源芯片，再之后是长走线，最后是用电芯片”的形式，方案B为“电源接口，接着是电源芯片，之后是长走线，最后是用电芯片”的样式。在高频场景之中一定得选取方案B。缘由乃是方案A的长输入走线会致使线路阻抗被引入，进而造成用电芯片端的电压相较于电源芯片输出端远远低很多，最终使得系统不稳定。方案B保证了电源芯片能得到最为纯净的输入，它的输出纵使经过长距离走线出现了一定程度的衰减，可依旧处于能够接受的范围之内。

电源布局不当，导致EMI超标怎么办

此乃一高频完整报错实例：产品在三十兆赫兹至一百兆赫兹频段呈现多个超标之处。一站式解决流程为这般模样：首先，以近场探头实施扫描，发觉超标点源处在源自电源接口直至输入电容之间的走线路线上。这验证了输入环路面积过度之大。

举行整改行动，于输入滤波电容前面部分贴着接口增添一个共模扼流圈并且型号确定为可推选此DLW31SN，而后查验输入电容接地点，保证其接地过孔径直作用于电容焊盘旁附近之处并连接至完整的作为地基准的内层平面，并非通过细长样式的地线迂回行动。最后，于电源芯片的SW开关节点下方所有的层，开展“净空”处理此项操作，明确禁止任何走线从中穿过，仅仅在必要的位置，放置反馈之类的敏感线，并且这些敏感线需要用地线予以屏蔽。

实现经过这三步，一般而言能把辐射值降低至10dB以上。重点是要明白，EMI问题实质上是布局方面的问题，后续添加磁珠、屏蔽罩仅仅属于补救措施，根源关键在于起始布局之际有没有把电源器件当作一个整体紧密靠向接口。

这个方法重点在于板级DC – DC电源那一方面的布局优化，针对系统级多板卡供电的情形，或者是运用低压差线性稳压器，也就是LDO的这种场景，它的紧迫性会有所降低。当空间受到极大限制，比如处于耳机仓内部的时候，有可能没办法达成理想的布局，在这个时候替代的方案是：去选用集成度更高的电源模块，像是SIP封装的那种，它的内部已经对关键器件进行了最优的布局，外部仅仅需要关注输入输出的滤波就行。