今天主要是關于：PCB電源設計的7個注意事項。

一、PCB電源設計

電源設計的目的不僅僅是將交流電轉換為直流電。電源的功能是以正確的電壓和電流向電路元件提供給電力。未來電壓低至1.8和1.2V器件還是會比較常見。畢竟低電壓對電源噪聲的容忍度比較低。

電源還需要電流限制來限制最大電流。因此電源的重要參數是電壓、最大電流、電壓紋波和最大電流時的熱損耗。

電子電路中的典型功率流框圖

電源電子電路的典型功率流如上圖所示，電子電路需要1.8V至12V范圍的電壓。1.2V、1.8V、3.3V、5V和12V是最常用的電壓。

在第一級中，230V/10VAC的輸入交流電壓被轉換為6-12V范圍內的隔離直流電壓。第二極采用降壓開關穩壓器，將6-12V電壓轉換為5V或者3.3V。此外，使用LDO（低壓差穩壓器）將3.3V轉換為1.8V或1.2V。

在開關模式電源（SMPS-開關電源）出現之前，鐵芯變壓器用于將高壓230VAC/110VAC轉換為12VAC.二極管橋式整流器進一步將整流為最大約為12*1.4=16.8VDC。線性穩壓器用于將電壓降低至所需水平。

開關電源的使用提高了將電壓轉換為低電平的效率，減少了電源的PCB占用空間，并減少了紋波。

二、PCB電源的設計

對于電源設計，工程師需要良好的PCB布局。下面是在PCB電源設計時的7個注意事項：

1、合適的穩壓器

一般來說，會選擇線性穩壓器或者開關模式穩壓器。線性穩壓器提高低噪聲輸出，但散熱較高，需要冷卻系統。開關模式穩壓器在較寬的電流范圍內效率很高，但開關噪聲會導致響應出現尖峰。

1）線性穩壓器：

輸入電壓高于輸出電壓，因為電壓壓降最小

會產生比較大的功率損耗和散熱，因此會降低線性穩壓器的效率。

簡單、便宜，可以提供異常的無噪聲的電壓輸出。

線性穩壓器

如果你選擇線性穩壓器，就需要考慮具有低壓差的穩壓器，并且在進行制造之前進行熱分析。

2）開關穩壓器：通過在電感中臨時存儲能量，在不同的開關事件以不同的電壓釋放該能量，將電壓轉換為另一種電壓。

使用快速開關MOS管，高效穩壓器的輸出可以通過改變脈寬（PWM）的占孔比來調整，效率取決于電路的散熱，在這種情況下散熱較低。

開關穩壓器的PWM開關會在輸出中產生噪聲或紋波。開關電流可能會導致其他信號中的噪聲串擾。因此開關電源需要與關鍵信號隔離。

價格較高，需要連接較多的無源器件，但不容易發熱。

開關穩壓器

如果你選擇開關穩壓器，需要考慮電磁兼容性。（因為開關穩壓器會發出EMI噪聲，但是沒有辦法消除EMI，只能通過濾波、減少電路環路、接地層和屏蔽等降低EMI）

2、PCB電源的熱管理

電源的性能直接取決于散熱，大多數電子元件在電流通過時都會發熱。發出的熱量取決于組件的功率水平、特性和阻抗。如面所述，合適的穩壓器可以減少電路中的散熱。開關穩壓器的效率很高，因為散發的熱量較少。

為了保證設備在環境溫度下工作，工程師應該考慮適當的冷卻方法。

如果選擇線性穩壓器，建議使用散熱器或者其他冷卻方法，如果設備的散熱量很高，可以考慮使用風扇。

整個PCB的散熱可能不均勻，具有高額定功率的組件可能會散發大量熱量，從而在周圍形成熱點。可以在組件附近使用散熱孔。

3、接地層和電源層，以實現更好的PCB供電

接地層和電源層是用于電力傳輸的低阻抗路徑。電源需要單獨的接地層來分配功率、降低EMI、最大限度低減少串擾并減少電壓降。電源層專用于電力傳輸到PCB的所需區域。

工程師需要單獨處理接地網絡的各個部分。在多層PCB中，一層或者多層可以專門用于接地層和電源層。此外，還可以通過在2個有源信號之間放置階地層來減少干擾和串擾，從而有效地用地包圍信號走線。

4、去耦電容和旁路電容

當電源分配到整個板上的組件時，不同的有源組件將導致電源軌中的地彈和振鈴。在這種情況下，工程師應該要在電源引腳附近使用去耦和旁路電容，滿足設備電流需求的短尖峰。

去耦主要是降低電源和接地之間的阻抗，去耦電容充當輔電源，提供IC所需的電流。充當本地電荷源以及支持切換。所有去耦電容都必須靠近IC的電源引腳連接，另一端直接連接到到低阻抗接地層。需要使用短走線連接去耦電容和接地過孔，以最大程度地減少此連接的串聯附加電感。

旁路電容旁路噪聲并減少電源總線的波動，放置在靠近設備或者IC的位置。連接在電源和接地之間，補償許多IC同時開關電源和接地層電勢的變化。

去耦電容和旁路電容

5、EMI濾波

工程師都希望電源的EMI水平保持在他們定義的頻譜限制以下。因此，在電源輸入點使用EMI濾波器來降低傳傳導噪聲。

EMI濾波器

6、電力傳輸系統的頻率響應

當電源突然加載時，例如從空載到滿載，電壓輸出將趨于短暫下降并恢復到正常電壓。

在某些情況下，在在電壓穩定到正常之前，輸出會振蕩一段時間。如果振蕩超出設計眼制，則需要調整輸出電容和補償電容。

例如，對于LM7805，建議在輸出引腳旁邊放置一個0.uF的電容。同樣，調節器的突然卸載可能會導致過沖和振蕩。

為了獲得更好的電路設計響應，請確保所選組件在設計限制范圍內。無論電路是交流還是直流都有不同的響應。交流和直流電路應分開考慮。

7、電源完整性 (PI)

工程師應該要確保電源設計的電源完整性。

電源完整性就是輸送到電路的電源質量。它衡量系統內功率從電源傳輸到負載的效率，確保為所有電路和設備提供適當的功率，從而實現電路所需的性能。

噪聲較小的電源可以確保更高的電源完整性。電源完整性設計只不過是管理電源噪聲。

以上就是關于PCB電源設計的7個注意事項總結。

審核編輯：湯梓紅