电源模块PCB设计
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原文链接：http://www.dongeasy.com/hardware-design/switching-power/2695.html 电源电路是一个电子产品的重要组成部分，电源电路设计的好坏，直接牵连产品性能的好坏。我们电子产品的电源电路主要有线性电源和高频开关电源。从理论上讲，线性电源是用户需要多少电流，输入端就要提供多少电流；开关电源是用户需要多少功率，输入端就提供多少功率。 线性电源线性电源功率器件工作在线性状态，如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下图一是LM7805稳压电源电路原理图。  图一 线性电源原理图 从图上可知，线性电源有整流、滤波、稳压、储能等功能元件组成，同时，一般用的线性电源为串联稳压电源，输出电流等于输入电流，I1=I2+I3，I3是参考端，电流很小，因此I1≈I3。我们为什么要讲电流，是因为PCB设计时，每条线的宽度不是随便设的，是要根据原理图里元件节点间的电流大小来确定的（请查《PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表》）。电流大小、电流流向要搞清楚，做板才恰到好处。 PCB设计时，元件的布局要紧凑，要让所有的连线尽可能短，要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。本电源图里就是先整流、再滤波、滤波后才是稳压、稳压后才是储能电容、流经电容后才给后面的电路用电。图二是上面原理图的PCB图，两个图相似。左图和右图就是走线有点不一样，左图的电源经整流后直接就到了稳压芯片的输入脚了，然后才是稳压电容，这里电容所起的滤波效果就差了很多，输出也有问题。右图就是比较好的图了。我们不仅要考虑正电源的流向问题，还必须考虑地回流问题，一般来说，正电源线和地回流线要尽可能同进同出，彼此离近点。  图二 线性电源PCB图 设计线性电源PCB时还应注意，线性电源的功率稳压芯片的散热问题，热量是怎么来的，若稳压芯片前端电压是10V，输出端是5V,输出电流为500mA，那在稳压芯片上就有5V的电压降，产生的热量就为2.5W；如果输入端电压是15V，电压降就是10V，产生的热量就为5W，因此，我们布板是要根据散热功率来留出足够的散热空间或合理的散热片。线性电源一般用在压差比较小，电流比较小的场合，否则，请改用开关电源电路。 高频开关电源开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，产生PWM波形，经过电感和续流二极管，利用电磁电转换的方式调压。开关电源功率大、效率高、发热小，我们一般用的电路有：LM2575、MC34063、SP6659等。开关电源理论上是电路两端功率相等，电压成反比，电流成反比。  图三 LM2575开关电源电路原理图 开关电源PCB设计时，需要注意的地方是:反馈线的引入点、续流二极管是给谁续流。从图三可以看出，U1导通时，电流I2进入电感L1，电感的特性是电流在电感里流过时不能突然产生，也不能突然消失，电流在电感里的变化时有一个时间过程的。在脉冲电流I2流过电感的作用下，有部分电能转换成磁能，电流逐渐增大，到一定时候，控制电路U1关断了I2，由于电感的特性，电流不能突然消失，这时候二极管起作用了，它接替电流I2，所以叫续流二极管，可以看出，续流二极管是给电感用的，续流的电流I3是从C3的负端出发，经D1，L1后流入C3的正端，这里就相当于抽水机，利用电感的能量，把电容C3的电压提高了。还有就是电压检测的反馈线引入点问题，应该是经过滤波后的地方反馈回去，不然会使输出的电压纹波更大。这两点是我们很多PCB设计人员经常忽视的地方，以为同一个网络，接在那儿不是一样，其实接的地方不一样，性能影响是很大的。图四是LM2575开关电源PCB图，大家看看错的那幅图是哪里错了。  图四 LM2575开关电源PCB图 我们为什么要详细讲原理图原理，因为原理图里包含了许多画PCB的信息，如元件引脚的接入点，节点网络的电流大小等，看清楚了原理图，PCB设计就不成问题了。LM7805和LM2575电路分别代表了线性电源和开关电源的典型布板电路，做PCB时，直接按这两种PCB图布局与布线就行，只是产品不同，电路板也不同，根据实际情况调整。 万变不离其宗，所以的电源电路的原理及布板方式都是如此，而每个电子产品都离不开电源及其电路，因此，学通了这两个电路，其它的也了然于胸了。 |
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