電源模塊的PCB設計

電源電路是一個電子產品的重要組成部分，電源電路設計的好壞，直接牽連產品性能的好壞。我們電子產品的電源電路主要有線性電源和高頻開關電源。從理論上講，線性電源是用戶需要多少電流，輸入端就要提供多少電流；開關電源是用戶需要多少功率，輸入端就提供多少功率。

線性電源

線性電源功率器件工作在線性狀態，如我們常用的穩壓芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下圖一是LM7805穩壓電源電路原理圖。

圖一 線性電源原理圖

從圖上可知，線性電源有整流、濾波、穩壓、儲能等功能元件組成，同時，一般用的線性電源為串聯穩壓電源，輸出電流等于輸入電流，I1=I2+I3，I3是參考端，電流很小，因此I1≈I3。我們為什么要講電流，是因為PCB設計時，每條線的寬度不是隨便設的，是要根據原理圖里元件節點間的電流大小來確定的（請查《PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關系表》）。電流大小、電流流向要搞清楚，做板才恰到好處。

PCB設計時，元件的布局要緊湊，要讓所有的連線盡可能短，要按原理圖元件功能關系去布局元件與走線。本電源圖里就是先整流、再濾波、濾波后才是穩壓、穩壓后才是儲能電容、流經電容后才給后面的電路用電。圖二是上面原理圖的PCB圖，兩個圖相似。左圖和右圖就是走線有點不一樣，左圖的電源經整流后直接就到了穩壓芯片的輸入腳了，然后才是穩壓電容，這里電容所起的濾波效果就差了很多，輸出也有問題。右圖就是比較好的圖了。我們不僅要考慮正電源的流向問題，還必須考慮地回流問題，一般來說，正電源線和地回流線要盡可能同進同出，彼此離近點。

圖二 線性電源PCB圖

設計線性電源PCB時還應注意，線性電源的功率穩壓芯片的散熱問題，熱量是怎么來的，若穩壓芯片前端電壓是10V，輸出端是5V，輸出電流為500mA，那在穩壓芯片上就有5V的電壓降，產生的熱量就為2.5W；如果輸入端電壓是15V，電壓降就是10V，產生的熱量就為5W，因此，我們布板是要根據散熱功率來留出足夠的散熱空間或合理的散熱片。線性電源一般用在壓差比較小，電流比較小的場合，否則，請改用開關電源電路。

高頻開關電源

開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的導通與截止，產生PWM波形，經過電感和續流二極管，利用電磁電轉換的方式調壓。開關電源功率大、效率高、發熱小，我們一般用的電路有：LM2575、MC34063、SP6659等。開關電源理論上是電路兩端功率相等，電壓成反比，電流成反比。

圖三 LM2575開關電源電路原理圖

開關電源PCB設計時，需要注意的地方是：反饋線的引入點、續流二極管是給誰續流。從圖三可以看出，U1導通時，電流I2進入電感L1，電感的特性是電流在電感里流過時不能突然產生，也不能突然消失，電流在電感里的變化時有一個時間過程的。在脈沖電流I2流過電感的作用下，有部分電能轉換成磁能，電流逐漸增大，到一定時候，控制電路U1關斷了I2，由于電感的特性，電流不能突然消失，這時候二極管起作用了，它接替電流I2，所以叫續流二極管，可以看出，續流二極管是給電感用的，續流的電流I3是從C3的負端出發，經D1，L1后流入C3的正端，這里就相當于抽水機，利用電感的能量，把電容C3的電壓提高了。還有就是電壓檢測的反饋線引入點問題，應該是經過濾波后的地方反饋回去，不然會使輸出的電壓紋波更大。這兩點是我們很多PCB設計人員經常忽視的地方，以為同一個網絡，接在那兒不是一樣，其實接的地方不一樣，性能影響是很大的。圖四是LM2575開關電源PCB圖，大家看看錯的那幅圖是哪里錯了。

圖四 LM2575開關電源PCB圖

我們為什么要詳細講原理圖原理，因為原理圖里包含了許多畫PCB的信息，如元件引腳的接入點，節點網絡的電流大小等，看清楚了原理圖，PCB設計就不成問題了。LM7805和LM2575電路分別代表了線性電源和開關電源的典型布板電路，做PCB時，直接按這兩種PCB圖布局與布線就行，只是產品不同，電路板也不同，根據實際情況調整。

萬變不離其宗，所以的電源電路的原理及布板方式都是如此，而每個電子產品都離不開電源及其電路，因此，學通了這兩個電路，其它的也了然于胸了。