什么是开关电源？

开关电源是开关稳压电源的简称，一般指输入为交流电压、输出为DC电压的AC-DC变换器。开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态，能耗低，电源效率可达75%~90%，是普通线性稳压电源(线性电源)的两倍。

说到线性电源，它和开关电源有什么区别？说白了，线性电源的调压可以看作是调阻值的调压，相当于调节滑动变阻器来改变电压。开关电源可以看作是通过调节开关的频率来改变电压。

在任何开关电源设计中，PCB的物理设计都是最后一环，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，导致电源运行不稳定，以下是对每一步注意事项的分析。

1、从原理图到PCB的设计流程

建立元件参数→输入原理网表→设计参数设置→手动布局→手动布线→验证设计→复检→CAM输出。

2、参数设置

相邻导线之间的间距必须满足电气安全要求，间距应尽可能宽，以方便操作和生产。最小间距应至少适合耐受电压，当布线密度低时，信号线的间距可以适当增加，对于高、低电平差异的信号线应尽可能短并加大间距。通常，走线间距应设置为8密耳。

焊盘内孔边缘到印制板边缘的距离应大于1毫米，这样可以避免焊盘在加工过程中出现缺陷。当连接到焊盘的走线较细时，焊盘和走线之间的连接应设计为水滴状，这样做的好处是焊盘不容易剥离，但是走线和焊盘不容易断开。

3、元器件布置

实践证明，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

例如，如果印制板的两条细平行线靠近在一起，信号波形将被延迟，并且在传输线的终端处将形成反射噪声；电源、地线考虑不周造成的干扰会降低产品的性能。因此，在设计印刷电路板时，我们应该注意采用正确的方法。

每个开关电源有四个电流回路：

a、电源开关的交流电路

b、输出整流交流回路

c、输入信号源电流回路

d、输出负载电流回路输入回路

输入电容由近似直流电流充电，滤波电容主要起宽带储能作用。同样，输出滤波电容也用于存储来自输出整流器的高频能量，同时去除输出负载回路的直流能量。

输入电路的原理和常见电路：

因此，输入和输出滤波电容的接线端很重要，输入和输出电流回路应仅从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出电路和电源开关/整流器回路之间的连接不能直接与电容器的接线端连接，交流能量将被输入或输出电容器过滤并辐射到环境中。

电源开关交流回路和整流器的交流回路都含有高幅梯形电流，其中谐波成分很高，其频率远大于开关的基频，峰值幅值可高达连续输入/输出直流电流幅值的5倍，过渡时间通常在50ns左右。

这两个回路容易产生电磁干扰，所以在给电源中的其他印制线布线之前，必须先布置好这些交流回路，每个回路的三个主要元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器，应相邻进行放置，并调整元件的位置，使它们之间的电流路径尽可能短。

建立开关电源布局的最佳方式与其电气设计相似，最佳设计流程如下：

a、放置变压器

b、设计电源开关电流回路。

c、设计输出整流电流回路。

d、连接到交流电源电路的控制电路

设计输入电流源回路和输入滤波器设计输出负载电路和输出滤波器根据电路的功能单元，对电路的所有组件应按照以下原则进行布局：

首先考虑PCB的尺寸大小。当PCB尺寸过大时，印制线路长，阻抗增大，抗噪声能力下降，成本也随之增加；如果太小，散热不好，容易干扰相邻线路。电路板的最佳形状是长宽比为3: 2或4: 3的矩形，位于电路板边缘的元件一般离电路板边缘不小于2mm。

放置器件时，考虑以后的焊接，不要太密集。

以各功能电路的核心部件为中心，围绕其进行布局。元件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，元件之间的引线和连接应尽可能减少和缩短，去耦电容应尽可能靠近器件的VCC。

对于高频下工作的电路，应考虑元件之间的分布参数。一般电路中，元件应尽可能平行排列。这样，不仅美观，而且易于组装和焊接，易于大规模生产。

根据电路流程安排各功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，尽可能保持信号一致的方向。

布局的第一原则是保证布线的布通率，移动设备时注意飞线的连接，将有连线关系的设备放在一起。

尽可能减小环路面积，抑制开关电源的辐射干扰。

4、布线

开关电源包含高频信号，PCB上的任何印制线路都可以充当天线的作用，印制线路的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。甚至通过直流信号的印制线路也将来自相邻印制线路耦合到射频信号，并导致电路问题(甚至干扰信号再次被辐射)。

因此，所有通过交流电流的印制线路都应设计得尽可能短而宽，这意味着连接到印制线路和其他电源线的所有组件必须紧密放置在一起。

印制线路的长度与其显示的电感量和阻抗成正比，而宽度与印制线路的电感量和阻抗成反比。长度反映了印制线路响应的波长，长度越长，印制线路收发电磁波的频率越低，辐射的射频能量就越多。

根据印制线路板电流的大小，尽量增加电源线的宽度，降低环路电阻。同时，使电源线、地线的方向与电流方向一致，有助于增强抗噪声能力。

接地电源是开关电源四个电流回路的底部支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，是控制干扰的重要方法。因此，在布局时应仔细考虑接地线的位置，混用各种接地线会造成电源工作不稳定。

5、检查

布线设计完成后，要仔细检查布线设计是否符合设计者制定的规则，同时还要确认制定的规则是否符合印制板的生产工艺的要求。一般需要检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。

电源线和地线的宽度是否合适，PCB中是否有可以加宽地线的地方。注意：有些错误可以忽略，例如，有些接插件的轮廓的一部分被放置在板框架之外，并且在检查间距时会出现错误；此外，每次修改过走线和过孔后，都应该重新覆铜一次。

复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则、层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置以及重要复查器件布局的合理性、电源、地线网络的走线、高速时钟网络的走线和屏蔽、去耦电容的放置和连接等。

6、设计输出

输出光绘文件的注意事项：

要输出的图层包括布线层(底层)、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)、阻焊层(底层阻焊)、钻孔层(底层)，此外还要生成钻孔文件(NC  Drill)。

设置丝印层的图层时，不要选择零件类型，而是选择顶层(底层)和丝印层的轮廓、文本、线。

设置每层的图层时，选择板轮廓。设置丝印层的图层时，不要选择零件类型，而是选择顶层(底层)和丝印层的轮廓、文本。