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有问必答）
开关电源
PCB
排版基本要点
½者：周琛
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摘要：开关电源
PCB
排版是开发电源产品中的一个重要过程。许多情况下，一个在纸上设计得非常完美的电源可½在初次调试时无法正常工½，
原因是该电源的
PCB
排版存在着许多问题。详细讨论了开关电源
PCB
排版的基本要点，并描述了一些实用的
PCB
排版例子
关键词：PCB 排版,开关电源
中图分类号: 文献标识码: 文章编号：
0
引言
为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，
产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的
AC/DC
适配器，
并把多组直流电源直接安装在
系统的线路板上。由于开关电源产生的电磁干扰会½响到其电子产品的正常工½，正确的电源
PCB
排版就变得非常重要。开关电源
PCB
排版与数
字电路
PCB
排版完全不一样。在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过
PCB
½件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过
PCB
½件来自动
连接。用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工½。所以,设计人员需要对开关电源
PCB
排版基本规则和开关电源工½原理有一定的了解。
1
1.1
开关电源
PCB
排版基本要点
电容高频滤波特性
图
1
是电容器基本结构和高频等效模型。
图
1
电容的基本公式是
电容器结构和寄生等效串联电阻和电感
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C=ε
r
ε
0
（1）
式（1）显示，减小电容器极板之间的距离（d）和增加极板的截面积（A）将增加电容器的电容量。
电容通常存在等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）二个寄生参数。图
2
是电容器在不同工½频率下的阻抗（Z
C
）。
图
2
电容阻抗（Z
C
）曲线
一个电容器的谐振频率（f
0
）可以从它自身电容量（C）和等效串联电感量（L
ESL
）得到，即
f
0
=
（2）
½一个电容器工½频率在
f
0
以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即
Z
C
=
（3）
½电容器工½频率在
f
0
以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即
Z
C
=j2πfL
ESL
（4）
½电容器工½频率接近
f
0
时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻（R
ESR
）。
电解电容器一般½有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很½，所以只½½用在½频滤波上。½电容器一般½有较大电容
量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并½½用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般½很小，因而
它的谐振频率远高于电解电容器和½电容器，所以½½用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容
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器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不½光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联
起来½用。图
3
是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。
图
3
电源排版基本要点
1
多个电容器并联可改善阻抗特性
旁路瓷片电容器的电容不½太大，而它的寄生串联电感应½量小，多个电容器并联½改善电容的高频阻抗特性。
图
4
显示了在一个
PCB
上输入电源（V
in
）至负½½（R
L
）的不同走线方式。为了降½滤波电容器（C）的
ESL，其引线长度应½量减短；而 V
in
正极至
R
L
和
V
in
负极至
R
L
的走线应½量靠近。
（a）效果差的走线方式
图
4
1.2
电感高频滤波特性
（b）效果½的走线方式
滤波电路
PCB
走线方式
图
5
中的电流环路类似于一匝线圈的电感。高频交流电流所产生的电磁场
B（t）将环绕在此环路的外部和内部。如果高频电流环路面积（A
C
）
很大，就会在此环路的内外部产生很大的电磁干扰。
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图
5
电感的基本公式是
电感结构和寄生等效并联电容和电阻
L=
（5）
从式（5）可知，减小环路的面积（A
C
）和增加环路周长（lm）可减小
L。
电感通常存在等效并联电阻（EPR）和等效并联电容（C
P
）二个寄生参数。图
6
是电感在不同工½频率下的阻抗（Z
L
）。
图
6
电感阻抗（Z
L
）曲线
谐振频率（f
0
）可以从电感自身电感值(L)和它的等效并联电容值（C
P
）得到，即
f
0
=
（6）
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½一个电感工½频率在
f
0
以下时,电感阻抗随频率的上升而增加，即
Z
L
=j2πfL（7）
½电感工½频率在
f
0
以上时，电感阻抗随频率的上升而减小，即
Z
L
=
（8）
½电感工½频率接近
f
0
时，电感阻抗就等于它的等效并联电阻（R
EPR
）。
在开关电源中电感的
C
P
应该控制得越小越½。同时必须注意到，同一电感量的电感会由于线圈结构不同而产生不同的
C
P
值。图
7
就显示了同
一电感量的电感在二种不同的线圈结构下不同的
C
P
值。图
7（a）电感的 5
匝绕组是按顺序绕制。这种线圈结构的
C
P
值是
1
匝线圈等效并联电容
值（C）的
1/5。图 7（b）电感的 5
匝绕组是按交叉顺序绕制。其中绕组
4
和
5
放½在绕组
1、2、3
之间，而绕组
1
和
5
非常靠近。这种线圈结构
所产生的
C
P
值是
1
匝线圈
C
值的两倍。
（a）顺序绕
图
7
（b）交叉绕
不同线圈结构造成不同等效并联电容值
可以看到，相同电感量的两种电感的
C
P
值居然相差达数倍。在高频滤波上如果一个电感的
C
P
值太大，高频噪音就会很容易地通过
C
P
直接耦合
到负½½上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功½。
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