本主題涵蓋最佳化 PI 裝置的特定切換模式電源供應器印刷電路板 (PCB) 佈局的一般準則及技術。所有的範例電路均設計為單側 PCB 佈局,以維持最低成本。這些佈局技術均符合低成本且容易製造的目標。良好的 PCB 佈局有兩個目標:
使存在於整個電路 Trace 的零星寄生元素的幅度和影響降至最小。這些寄生「元件」是分散的電阻、電容、電感及多餘的磁耦合。電源供應器元件、I/O 接頭及散熱片的佈置和排列,簡而言之,就是電路板的整個實體佈局直接決定了這些寄生元素的幅度和影響。良好的佈局有助於提升電源供應器的效能和效率,同時可降低不勿要的電磁干擾 (EMI) 輻射量和整體產品成本。
盡可能為那些釋放大量熱量的元件傳導散傳。PCB Trace、功率或接地層全都可以幫助元件散熱,使熱量消散於周圍的空氣中。這種方法通常限於消耗量低於 5 瓦的元件 (取決於裝置類型和封裝) 才有效。通過 PCB 銅板的熱傳導受限於電路 Trace 的長度、寬度和厚度 (通常為 30 mm 或 60 mm / 1 oz 或 2 oz),以及 PCB 材料的熱阻。在 PCB 佈局處理過程中,目標之一是將導熱元件置於靠近系統的通風處,或是讓熱敏感元件遠離導熱元件。
在 PCB 佈局期間,還應確定安全間隔。請參閱應用說明 AN-15,以取得符合安全規格問題及其對 PCB 佈局影響的詳細資訊。如需有關終端產品要求的更多特定資訊,請洽詢產品安全專員。
以下所提供的一般佈局準則應與 附錄稍後所提供的特定 PI 元件準則搭配使用。
以下技術適用於採用 PI 裝置的電源供應器設計。後續章節會提供各種技術的範例說明:
盡量縮短連接高電流節點之間的距離,同時增大互連電路 Trace 的寬度和厚度。如此可將 Trace 的寄生電阻和電感降至最小。盡量縮短路徑並保持直線連接。尤其是,高電流二次側 Trace 的寄生電感必須盡量降低。但是,請避免連接切換節點 (例如,連接變壓器和汲極節點的 Trace,以及連接變壓器和二次側二極體的 Trace) 與太寬的 Trace,如此會降低 EMI 效能。盡量縮短 Trace 長度。
盡量縮短 AC 電流迴線的路徑長度。如此可維持較低的寄生電感,同時盡量降低電路元素和 PCB Trace 之間的磁耦合。
使 PI 裝置和切換節點盡量遠離 AC 輸入和 DC 輸出 (I/O)。如此可減少這些 I/O 埠附近元件和 Trace 的輻射 EMI 雜訊耦合,還有助於降低傳導 EMI。
必要時,請使用相同的平行連接輸出電容器。如此可維持二次側 AC 電流路徑的阻抗相等,進而傾向於使電容器更平均地分享漣波電流,並增加整體穩定性。因此,對於所有平行輸出電容器而言,從輸出二極體到電容器之間,以及從電容器往回至變壓器之間的 PCB Trace 長度都必須相等。否則,Trace 長度最短的電容器將傳導最大部分的漣波電流,而比其他電容器消耗更多的功率,這可能會降低其使用壽命。
適當放置大電容器,可使大電容器、變壓器和 PI 裝置所形成的迴路面積最小。
在高壓一次側節點和所有其他低壓節點之間保持充裕的間距。如此有助於避免電弧現象,可避免損壞電源供應器元件以及造成元件失效。
使用穿孔式元件,在接地層銅板或傳動元件 Trace 上進行跨接 Trace。如此可減少對跳線的需求,並降低 PCB 佈局的複雜度。
讓熱敏感部件盡量遠離散熱量大的零件。例如,發熱的散熱片不可實體接觸電解電容器或其他熱敏感零件。如果設計採用對流式冷卻,則請注意可能的氣流模式。請勿將溫度敏感元件置於發熱零件的熱陰影區內。此外,也不可將需要空氣散熱的零件置於空氣對流極差的區域內。
將單點 (Kelvin) 接頭用於輸入濾波電容器的負極端子,作為源極接腳。如此有助於避免汲極電流干擾裝置的運作。
盡量縮短所有元件到 PI 裝置接腳的連接路徑長度。這些具有極高輸入阻抗的接腳,如 CONTROL (C)、MULTI-FUNCTION (M)、EXTERNAL CURRENT LIMIT (X) 和 VOLTAGE MONITOR (V) 接腳,對於噪音很敏感。因此,請盡量縮短這些接腳與其所連接外部元件的距離。請特別留意 V 腳,因為這個接腳具有極高的阻抗。如需詳細資訊,請參閱 TOPSwitch-HX 產品規格型錄佈局考量。
共模輸入突波電流應該從 PI 裝置源極接腳分流。此偏壓電源供應器的迴線路徑應該連接至一次側 (大容量) 輸入電容器,與裝置源極接腳保持安全距離。
Y 型 EMI 電容器應連接在一次側正極 (+大容量) DC 匯流排輸入與二次側迴線之間。連接時,應盡量靠近變壓器接腳。如果 Y 電容器必須連接至一次側迴線 (大容量),請提供獨立的 Trace,直接連接至大電容器上 (Kelvin 連接)。
Y 封裝 PI 裝置上的彈片 (散熱片) 不可以電氣方式連接至一次側迴線節點。元件彈片內部與源極接腳連接,因此不能與其他電源供應器電路連接。如果在散熱片與源極接腳之間有任何電氣接觸,則會導致源極和散熱片之間形成電流循環。
將所有 P 和 G 封裝的源極接腳連接至 PCB 一次側迴線層,以便將最大量的熱能傳輸至電路板。
如需佈局範例,請參閱各裝置的產品規格型錄。