【導讀】在電源設計中

，精心的布局和布線對於能否實現出色設計至關重要，要為尺寸、精度
、效xiao率lv留liu出chu足zu夠gou空kong間jian，以yi避bi免mian在zai生sheng產chan中zhong出chu現xian問wen題ti。我wo們men可ke以yi利li用yong多duo年nian的de測ce試shi經jing驗yan，以yi及ji布bu局ju工gong程cheng師shi具ju備bei的de專zhuan業ye知zhi識shi，最zui終zhong完wan成cheng電dian路lu板ban生sheng產chan。

精心的設計的效率

設計從圖紙上看起來可能毫無問題（也就是說，從原理圖角度），甚至在模擬期間也沒有任何問題，但真正的測試其實是在布局
、PCBzhizao，yijitongguozairudianlushishiyuanxingzhizuoyingliceshizhihou。zhebufenshiyongzhenshideshejishili，jieshaoyixiejiqiaolaibangzhubikaixianjing。womenjiangjieshaojigezhongyaogainian
，yibangzhubikaishejiquexianheqitaxianjing


，yimianweilaixuyaozhongxinshejihe/或重新製作PCB。圖1顯示在沒有進行細致測試和餘量分析的情況下
，在設計進入生產之後會如何造成成本急速上漲。

圖1. 生產的電路板出現問題時
，成本可能急速上漲。

功率預算

您需要注意在正常情況下按預期運行，但在全速模式或不穩定數據開始出現時（已排除噪聲和幹擾之後）不能按預期運行的係統。

退出級聯階段時，要避免限流情況。圖2所示為一個典型的級聯應用：(A) 顯示由產生3.3 V電源，電流最大500 mA的ADP5304 降壓 穩壓器(PSU1)構成的設計。為了提高效率，設計人員應分接3.3 V電軌，而不是5 V輸入電源。3.3 V輸出被進一步切斷，以為PSU2 (LT1965)供電
，這款LDO穩壓器用於進一步將電壓降低至2.5 V，且按照板載2.5 V電路和IC的要求，將最大輸出電流限製在1.1 A。

這種係統存在一些很典型的隱藏問題。它在正常情況下能夠正常運行。但是
，當係統初始化並開始全速運行時——例如，當微處理器和/或ADC開始高速采樣時——問題就出現了。由於沒有穩壓器能在輸出端生成高於輸入端的電壓，在圖2a中
，用於為合 並電路VOUT1 和VOUT2 供電的 VOUT1 最大功率(P=V×I) 為1.65 W，得出此數值的前提是效率為100%，但是因為供電過程中會出現損耗
，所以實際功率要低於該數值。假定2.5 V電源軌道的最大可用功率為2.75 W。如果電路試圖獲取這麼多的功率，但這種要求得不到滿足
，就會在PSU1開始限流時出現不規律行為。電流可能由於PSU1而開始限流，更糟的是

，有些控製器因過流完全關斷。

如果圖2a是在成功排除故障後實施

，則可能需要更高功率的控製器。最理想的情況是使用與引腳兼容、電流更高的器件進行替換
；最糟糕的情況下，則需要完全重新設計和製造PCB。如果能在概念設計階段開始之前考慮功率預算，則可以避免潛在的項目計劃延遲（參見圖1）。

在考慮這一點的情況下
，先創建真實的功率預算，然後選擇控製器。包括您所需的所有電源電軌：2.5 V、3.3 V、5 V等。包括所有會消耗每個電軌功率的上拉電阻、離散器件和IC。使用這些值反向工作，以如圖2b所示，估算您需要的電源。使用電力樹係統設計工具，例如LTpowerPlanner（圖3）來輕鬆創建支持所需的功率預算的電力樹。

圖2. 避開電力樹中的限流設計缺陷。

圖3. LTpowerPlanner電源樹。

布局和布線

正確的布局和布線可以避免因錯誤的走線寬度、錯誤的通孔、引腳（連接器）數量不足、錯誤的接觸點大小等導致軌道被燒毀，進而引發電流限製。下麵章節介紹了一些值得注意的地方，也提供幾個PCB設計技巧。

連接器和引腳接頭

將圖2中所示的示例的總電流擴展至17 A
，那麼設計人員必須考慮引腳的電流處理接觸能力

，如圖4所示。一般來說，引腳或接觸點的載流能力受幾個因素影響，例如引腳的大小（接觸麵積）
、金屬成分等。直徑為1.1 mm的典型過孔凸式連接引腳的電流約為3 A。如果需要17 A，那麼應確保您的設計具有足夠多的引腳，足以處理總體的載流容量。這可以通過增大每個導體（或觸點）的載流能力來輕鬆實現，並保留一些安全裕度，使其載流能力超過PCB電路的總電流消耗。在本例中，要實現17 A需要6個引腳（且具備1A餘量）。V CC 和GND一共需要12個引腳。要減少觸點個數，可以考慮使用電源插座或更大的觸點。

布線

用可用的線上PCB工具來幫助確定布局的電流能力。一盎司電軌寬度為1.27 mm的銅質PCB的載流能力約為3 A，電軌寬度為3 mm 時
，載流能力約為5 A。還要留出一些餘量，所以20 A的電軌的寬度需要達到19 mm（約20 mm）（請注意，本例未考慮溫度升高帶來的影響）。從圖4可以看出，因為受PSU和係統電路的空間限製，無法實現20 mm電軌寬度。要解決這個問題
，一個簡單的解 決方案是使用多層PCB。將布線寬度降低到（例如）3 mm，並將這些布線複製到PCB中的所有層上，以確保（所有層中的）布線的總和能夠達到至少20 A的載流能力。

圖4. 物理接觸和電流處理能力。

過孔和連接

圖5顯示一個過孔示例
，該過孔正在連接控製器的PCB的多個電源層。如果您選擇1 A過孔
，但需要2 A電流


，那麼電軌寬度必須能夠攜帶2 A的電流
，且過孔連接也要能夠處理這個電流。圖5所示的示例至少需要兩個過孔（如果空間允許
，最好是三個），yongyujiangdianliulianjiezhidianyuanceng。zhegewentijingchangbeihulve
，yibanzhishiyongyigeguokonglaijinxinglianjie。lianjiewanchenghou，zhegeguokonghuizuoweibaoxiansishiyong
，tahuirongduan，bingduankaiyuxianglincengdedianyuanlianjie。shejibuliangdeguokonghouqihennangaishanhejiejue，yinweirongduandeguokonghennanzhuyidao

，huozhebeiqitaqijianzhezhu。

圖5. 過孔連接。

請注意關於過孔和PCB電軌的下列參數：電軌寬度
、過孔尺寸和電氣參數受幾個因素影響，例如PCB塗層、路由層
、工作溫度等，這些因素最終會影響載流能力。以前的PCB設計技巧沒有考慮這些依賴關係
，但是，設計人員在確定布局參數時，需要注意到這些。目前許多PCB電軌/過孔計算器都可在線使用。設計人員在完成原理圖設計後，最好向PCB製造商或布局工程師谘詢這些細節。

避免過熱

有許多因素會導致生熱，例如外殼、氣流等，但本節主要講述外露的焊盤。帶有外露焊盤的控製器
，例如LTC3533
、ADP5304
、ADP2386
、ADP5054等，如果正確連接至電路板
，其熱阻會更低。一般來說，如果控製器IC的功率MOSFET是置於裸片之中（即是整片式的）
，該IC的焊盤通常外露，以便散熱。如果轉換器IC使用外部功率MOSFET運行（為控製器IC），那麼控製IC通常無需要使用外露焊盤，因為它的主要製熱源（功率MOSFET）本身就在IC外部。

通常
，這些外露的焊盤必須焊接到PCB接地板上才有效。根據IC的不同
，也有一些例外，有些控製器會指明，它們可以連接至隔離的焊盤PCB區域，以作為散熱器進行散熱。如果不確定

，請參閱有關部件的數據表。

當您將外露的焊盤連接到PCB平麵或隔離區域時，(a)確保將這些孔（許多排成陣列）連接到地平麵以進行散熱（熱傳遞）。對於多層PCB接地層
，建議利用過孔將焊盤下方所有層上的接地層連在一起。

請注意，關於外露焊盤的討論是與控製器相關。在其他IC中使用外露焊盤可能需要使用極為不同的處理方法。

結論與彙總

要設計低噪聲、不會因為電軌或過孔燒毀而影響係統電路的電源，從成本
、效率、效率和PCBmianjidaxiaogefangmianlaishuodoushiyixiangtiaozhan。benwenqiangtiaoleyixieshejirenyuankenenghuihulvededifang
，lirushiyonggonglvyusuanfenxilaigoujiandianlishu，yizhichisuoyoudehouduanfuzai。

原理圖和模擬隻是設計的第一步，之後是謹慎的器件定位和路由技術。過孔、電軌和載流能力都必須符合要求，並接受評估。如果接口位置存在開關噪聲，或者開關噪聲到達IC的功率引腳，那麼係統電路會失常，且難以隔離並排除故障。

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