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开关电源之PCB设计需要面对的挑战

开关电源之PCB设计需要面对的挑战


目前在科技产品飞速发展的趋势下,开关电源等产品的PCB设计面临着更大的挑战,主要包括开关电源转换效率、热分析、电源平面完整性和EMI(电磁干扰)等。

随着行业应用日趋广泛多元,开关电源产品也不断向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化方向发展。同时,电源产品的封装结构、外形尺寸也日趋标准化,以适应全球一体化市场的要求。


首先是开关电源转换效率。转换效率是指电源的输出功率与实际消耗的输入功率之比,在实际应用中,电能不能完全转化,中间会有一定的能量消耗,所以,无论哪种电路,在电源转换中必然存在效率问题。对于线性电源,需要考虑LDO的散热问题;对于开关电源,要考虑开关管的损耗问题。

其次,有能量损耗就必然会产生热量,这就涉及到散热的问题。除此之外,随着负载变重,促使电源芯片的功耗加大,所以,在开关电源设计中热分布是个不得不考虑的问题。


再者是开关电源平面完整性设计。保持电源的完整性,就是保持电源的稳定供电。在实际系统中,总是存在不同频率的噪声。比如PWM的固有频率或PFM可变频率控制信号,快速的di/dt会产生电流波动的信号,所以一个低阻抗的电源平面设计是必要的。

最后是EMI(电磁干扰)问题。开关电源在不断的开和关就会产生开关噪声,如果在设计过程中没有考虑回路电感问题,过大的回流路径会产生EMI问题。


业界一直寻求能提高开关电源PCB设计成功率的方法。经验表明,在设计过程中,如果能提前预知可能的风险并规避,成功率将会大幅度提高。由此,选择一款合适的设计仿真工具就显得尤为重要。


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