DC-DC转换器的PCB布局方式

一路上

一、前言

适当的布局有助于提高转换器的性能，但是每个设计都有自己的要求，因此布局规则很难标准化。在实践中发现一些有用的方法，提供一些适合和不适合的布局方式，可以从中调整自己的设计。

二、DC-DC转换器电流路径

下图红色的线显示了转换器的电流路径，添加输入和输出电容（Cin,Co）的目的是降低输入电流和输出电压纹波。

转换器输入/输出侧的电流路径

如下图a所示，将Cin和Co放置在转换器附近。

图b显示输入电容离转换器比较远或者不要放在同一层，可能会增加输入电流纹波，导致高输出纹波噪声或者转换器不稳定。

如果布局路径在转换器和负载点之间有很长都距离，如下图c所示，建议在两端连接电容以减少输出电容纹波。

推荐输入/输出电容布局

三、PCB Layout 和走线

适当的覆铜面积有助于转换器通过引脚散热，在实际应用中单层PCB很难有足够的散热面积。所以，最常用的方法是通过多层板来增加PCB面积，并使用通孔进行连接。

通孔可以帮助热量传导到其他PCB层，下图a是比较合适的布局，PCB布局或者走线不足，下图b，转换器无法将热量散发到PCB，因此转换器在高温状态下运行，可能会导致转换器损坏。

推荐的PCB走线和通孔

PCB载流能力可以分为内部和外部，并且内部电路的最大载流能力设置为外部电路的一半；下图为外部和内部电路的载流图：

此外，还可以使用下面的公式来计算PCB布局布线

K：校正因子，内部：0.024；外部：0.048。
△T：PCB温升（℃）
A: PCB 横截面积 (mil 2 )
I：最大载流能力（A）

假设电流为1A，PCB厚度为1oz/ft 2，温升为10°C。结果是，对于内层，它需要 3080 万，对于外层，它需要 1180 万。
如上图，同等给条件下，外层需要17mil，而内层需要4400万，建议使用更宽的值。

四、EMI组件的放置

EMI分为传导噪声和辐射噪声；传导噪声是通过电线或PCB走线传导的噪声，辐射噪声指区域发射（辐射）的噪声。

每个应用都有相关的EMI要求；例如用于工业或医疗应用的EN55011 (CISPR11)，以及 ICT 应用中常用的 EN55032 (CISPR32)，Marine 需要遵守 EN60945。了解更多内容请看电源EMI滤波器工作原理和应用。

转换器的数据表示显示MI的外部电路。PI过滤器、安规电容式解决EMI最常用的方法，选择正确的零件非常重要，此外，放置和布局通过会影响EMI结果，下面介绍一些EMI外围的布局方法。

1. PI滤波器
PI滤波器是一种常见的EMI外接电路，由电感和电容组成。推荐的布局如下图a所示，避免造成不必要的噪音干扰。如下图b，不要直接在电感下方布线。

推荐的PI滤波器布局

2. 共模扼流滤波器

当共模电流（I CM）流入时，I CM方向相同。增强了磁通量，增加了共模电感的电感量，从而抑制了共模电流。

当差模电流（I DM）流入时，两边的共模电流方向相反，磁通量被抵消，I DM直接通过。

共模扼流滤波器图

下图a显示了CMC滤波器推荐的PCB布局，不要直接在CMC滤波器下方布线。如下图b所示，CMC滤波器的输出端不要越过。或者输入输出端靠得太近，以免降低能力，如下图c所示。

推荐的CMC滤波器布局

3. 安规电容

安规电容是指电容失效后不会引起触电，包括X和Y电容。X电容跨接在电源线的两条线上。X电容可以抑制差模干扰，常用于AC-DC转换器应用中。

Y电容可以抑制共模干扰，通常跨级在转换器的初级和次级之间。主要是为次级共模电流提供一个电流回路到初级侧，减少共模电流对输出侧的影响，如下图所示：

Y电容原理图

下图显示了Y电容的推荐布局，需要确认电容的隔离电压高于实际应用。否则，会损坏Y电容，所以，如果隔离电压要求高，初级和次级走线不宜太近。如图b，如果转换器外壳是金属的，则Y电容不应该离转换器太近，以免隔离距离不足。

推荐的Y电容布局

五、DC-DC转换器的A布局技巧

普通转炉和砖式转炉最大的区别是砖式转炉有铝底板，因此EMI的解决方法与一般的解决方案略有不同。

1. 在转换器的同一层，预留与转换器相同尺寸的PCB区域，并将其连接到底板螺孔，如下图所示。
2. 不建议将底板连接刀到系统地，除非产品数据表中有说明。
3. 为了更好的工作温度，铝基板可以通过隔离的导热焊盘连接到系统外壳。
4. 输入和输出引脚连接到铝基板的Y电容，可以实现更好的EMI性能。
5. 将Y电容连接到尽可能靠近输入或者输出的位置，如下图所示：

砖型转换器的推荐布局