五个实用PCB布板实例分享:探索优秀的PCB布局设计方案
Ofweek 2023-11-28

  实例一:一块 Buck 测试板

  电路:(红线为上述几个大电流环路)

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  原板

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  显然,Ip、It回路均太大,还有相当的优化空间(事实上,这个板不能正常运行)。

  重新布板

  第一个圈:脉冲电流Ip回路最小化(磁珠挪了一下封装和位置),得到GND中心:

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  第二个圈:拓扑电流It回路最小化

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  第三个圈:驱动电流Ig回路最小化,得到一点接地gnd

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  至此,最关键部分已经搞定,其余的我就不演示了。

  实例2,反激

  这是网友提供的一个例子,他的板是一个PFC+LLC的300W电源,比较没经验了,其中辅助电源是一个典型的反激电路。由于经常看见在反激布局上的提问贴,这里先就此给个实例: 电路:其中用红线画出了Ip、It、Ig回路,Iv回路即D14和辅助绕组相关的回路 。

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  原板的布局可为一塌糊涂,不仅走线没有章法,间距也没有拉开:

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  调整后的布局:

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  其中,Ip、It回路已经最小化了,并且保持了足够的间距,Ig回路C32钉在了芯片上,Iv回路很绕,目的是要在C32两端一点接地。

  实例三,PFC+LLC

  继续上面网友的电路,其中PFC为典型的Boost拓扑,原板布线如下:

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  调整后如图:

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  其中,Q1和C13的连接点即系统接地中心GND,这是因为这一级是硬开关,电流脉冲应力最大,以此为接地中心,其余部分的地线相对安静。前面的整流输入和后面的LLC均应以此点为参照引出其地线。

  由于本级接地中心为系统接地中心,因此本级驱动地gnd也应该是辅助电源一点接地点,辅助电源首先应该引到此连接。

  LLC部分,原板布局如下:

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  调整后布局如下:

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  其中,LLC本级为软开关,脉冲电流较温柔,且有C12为本级输入滤波,可以认为其地线连接到GND去的途中干扰较小,允许小幅度拉开距离。 但是,本级驱动回路的接地,要与本级接地中心连接(得到一个gnd),才能获得干净的驱动。既然如此,本级的接地,也应接到本地的gnd。

  案例四:多相同步BUCK

  原理图:此电路特点是低压大电流,频率高,4相交错驱动,对布板有较高要求。

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  原板:(此板据说是仿照PC电源做的,但未能调试成功,其中点亮的部分为地线)

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  调整后的布局:

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  实例五,增加一个反激实例

  电路图:

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  原板,说是有问题,一直不正常

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  现在改板,第一个圈是 Ip 回路,包括R11、Q1、D3、C3、C1这5个元件,布局最小化(第一个圈的两种方式):

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  第二个圈 It 回路就是变压器原边,与上述第一个圈最短路径连接即可:

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  采用右边的布局为基础画第3个圈(Ig回路):

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  至此,3圈2地已经形成,主要关系已经搞定,加上PCB边线,PCB大致成形:

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  此后,其他元件和走线就不必这样讲究了。

  关于桥式变换器

  桥式变换器的 PCB 布局,其实在本文上述中几个案列中已不止一次的有涉及,但是发现最近与此有关的提问帖突然增多了起来,感觉有必要专门说说这个问题。

  之前之所以没有专门提及这个问题,是因为桥式变换器的 PCB 布局(或者将开关直接钉在铜排上的布局)其实是很简单的,很容易处理好。

  考察桥式变换器,无论是半桥还是全桥,无论是硬桥还是软桥,无论是PWM整流桥还是同步整流的桥抑或双向变换的桥,他们都有这样的结构:

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  图中标明了桥式电路的 Ip、It 回路,可以看出:

  1、结构中,最要紧的 Ip 回路其实只有3个元件:Q1、Q2、C1,要把三个元件接成最小回路是很容易的一件事。

  2、Q1、Q2 内部都有个同等电流电压耐量的体二极管D1、D2(个别没有此二极管的开关需在外面并一个)。

  3、无论处于何种工况,因为有此二极管的存在,Ip 回路都是最快速而有效的,没有任何尖峰存在的可能。

  4、因此位于每个开关两端的 RC 吸收回路是完全没有必要的,D2-D1-C1 回路的拓扑吸收方式比它们更有效,更节能。

  5、因某种原因也许 C1 不能太靠近两个开关,那就再用一个小容量的 CBB 电容就近达成这个电容,形成最小回路连接。

  6、两个这样的最小回路连接的半桥就是全桥,It 回路再最短连接即可。

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