厦门PCB电源布局指南

PCB电源布局指南

设计不包含电源元件的PCB是不寻常的，但仅仅因为它是一个通用元件并不意味着它不会给PCB设计带来挑战。有两种主要的变体需要考虑，线性电源和开关模式电源。这些都对 PCB布局有挑战。

线性电源

线性电源电路本质上很简单，很少有组件可以直接安装在PCB上。挑战在于这些电路效率低下，这导致需要将大量功率损耗管理为辐射和传导热能。当温度敏感元件安装在PCB上或封闭在环境密封的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。

开关电源

开关电源电路比线性电源更复杂，但效率更高。这很好，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，它带来了一系列不同的问题。开关电路可能会产生大量的电磁噪声，PCB设计人员需要对其进行管理。这种电噪声会影响PCB上的其他电路元件，并会发射到电路板之外影响附近的设备。在极端情况下，电源电路产生的噪声会通过主电源线传导回，从而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端产生纹波电压，如果管理不当，可能会通过平行或成束导线走线之间的电容或电感耦合在电路板上产生干扰。有一个更微妙的问题是安装开关电路的PCB上可能出现接地反弹。快速开关会导致电路板中开关组件连接到接地层的点的接地电位发生短暂变化。这会导致电路板地平面上出现暂时的电位差。在极端情况下，这种差异可能会导致电路板远处的组件观察到由这种虚假电位差引起的感知信号并对其做出反应。

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接地

除非空间受到限制，否则允许电路板设计包含坚固的电源接地层以提供电磁屏蔽。如果无法将整个层投入使用，请至少考虑覆盖电源组件下方整个区域的接地多边形。

电源的地平面应与电路其余部分的公共地分开，减少噪声耦合效应。此外，这两个地之间的连接应限制在板上的一点，以防止接地环路。

微量电导率

使电源电路的走线尽可能短而宽，以减少电阻损耗和电磁噪声辐射。在空间允许的情况下，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其重要。

建议在电路板设计中包含使用通孔连接电源和接地平面的实心填充内层，以获得更大效果。应避免使用通孔将电源走线从一层切换到另一层，因为通孔将充当阻抗增加的点。连接多边形的多个通孔提供了更好的解决方案。

性能将受到铜层厚度的影响，尽管增加厚度会带来价格溢价，因此可能需要在成本和性能之间进行权衡。

增加导电性的另一种选择是通过更改阻焊层在外板层上添加焊锡层。但是，您可以通过在电路板上安装电源组件的点之间添加PCB汇流条或外部电线来获得更好的性能。

元件放置

由于需要尽可能短的走线，电源组件应以较佳方向尽可能靠近在一起，以实现较短的走线长度。这可以包括在电路板的两侧安装零件以实现这一点。

跟踪路由

理想情况下，承载敏感信号的走线应在未连接的板层上远离电源，通过接地层与电源走线隔开。信号走线不应与承载电源的电源走线平行，以防止从电源到信号的噪声耦合。如果接近是不可避免的，信号走线应与电源走线成90度交叉，大限度地减少噪声耦合效应。

热管理

所有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，布局的首要考虑应该是元件放置，尽可能将发热元件与热敏感元件分开，同时保持较短的走线长度。

下一个考虑是使用电路板的铜提供导热性，以将热量更均匀地分布在远离热点和允许散热的区域。

开关模式电源的一个潜在问题是反馈控制电路通常包含需要与发热开关元件共置的温度敏感元件。如果不加以检查，热点会导致电源不稳定并加剧散热问题。

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