PCB电源布局指南

设计不包含电源元素的PCB并不常见。电源元件虽常见，但并不意味着它不会给PCB设计带来挑战。需要考虑两种主要变体：线性电源和开关模式电源。它们在电源PCB布局方面都有各自的挑战。

线性电源

线性电源电路本质上很简单，很少有元件可以直接安装在PCB上。挑战在于这些电路效率低下，因此需要管理辐射和传导热能中的大量功率损耗。温度敏感型元件安装在PCB上或封装在环境密封外壳中以进行保护时，这个问题可能具有挑战性，限制了冷却选项。

开关模式电源

开关模式PCB电源电路比线性PCB电源更复杂，但效率明显更高。这样很不错，因为它减少了PCB设计人员处理热管理的工程时间，但不幸的是，它带来了一系列问题。开关电路有可能产生高水平的电磁噪声，PCB设计人员需要对其进行管理。这种电噪声会影响PCB上的其他电路元素，并发射到电路板之外，影响附近的设备。在极端情况下，PCB电源电路产生的噪声可通过主电供电线路传导回来，影响连接到同一主电源的其他设备。

另一个潜在的噪声问题是，开关模式电路往往会在输出上产生纹波电压，如果管理不当，则可能会通过并行或成捆导线运行的轨道之间的电容或电感耦合，在电路板上产生干扰。最后一个，同时也是更微妙的问题是，安装开关电路的PCB上有可能出现接地反弹。快速开关可能导致电路板上开关元件与接地平面相连处的接地电位发生短暂变化。这会导致整个电路板的接地平面上出现暂时的电位差。在极端情况下，这种电位差可能会导致电路板较远部分的元件捕捉到由这种错误电位差产生的感知信号并做出反应。

PCB布局电源指南

接地

除非空间有限，否则应允许电路板设计包含固体电源接地平面以提供电磁屏蔽。如果不可能使用整个层，请考虑至少覆盖PCB电源元件下方整个区域的接地多边形。

PCB电源设计的接地平面应与电路其余部分的常见接地分开，以最大限度地减少噪声耦合效应。此外，这两个接地之间的连接应限制在电路板上的一个点，以防止接地环路。

迹线导电性

尽可能将PCB电源电路的迹线保持短而宽，以减少电阻损耗和电磁噪声发射。如果空间允许，建议使用多边形浇筑。这对于热导率至关重要的线性电源尤为重要。

最好在电路板设计中包含固体填充内层，这些内层使用过孔连接电源和接地平面，以实现最大效果。应避免使用过孔将PCB电源迹线从一层切换到另一层，因为过孔将充当阻抗增加的点。连接多边形的多个过孔可提供更好的解决方案。

性能会受到铜层厚度的影响，但增加铜层厚度会带来溢价，因此可能需要在成本和性能之间进行权衡。

提高导电性的另一种选择是更改阻焊层以在外板层添加一层焊接层。不过，如果在电路板上安装PCB电源设计元件的点之间添加PCB母线或外部电线，则可以获得更好的性能。

元件放置

在迹线尽可能短的要求下，PCB电源元件应以最佳方向尽可能靠近放置，以实现较短的迹线长度。要实现这一点，可以在电路板两侧安装零件。

迹线布线

理想情况下，承载敏感信号的迹线应远离未连接的板层上的电源，并通过接地平面与12V电源PCB布局设计迹线分开。信号迹线不应与承载电源的电源迹线并行，以防止布局电源与信号发生噪声耦合。如果接近不可避免，则信号迹线应与PCB电源迹线成90度交叉，以最大限度地减少噪声耦合效应。

热管理

所有布局电源电路都会产生热量，因此电路板设计需要包括热管理。因此，布局时首先要考虑的因素应该是元件放置，以便在可能的情况下将发热元件与热敏感元件分开，同时保持较短的迹线长度。

下一个考虑因素是使用电路板的铜来提供导热性，以便将热量更均匀地从热点散发到允许散热的区域。
开关模式PCB电源的潜在问题是：反馈控制电路通常包含温度敏感型元件，需要与发热开关元件并置。如果不加以控制，热点可能会导致布局电源不稳定并加剧热问题。

概括

电源可能是PCB中大多数热和噪声问题的根源，因此电路板设计必须从一开始就考虑到这一点。优秀的电路板设计始于良好的PCB电源布局。

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