關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的設(shè)計(jì)心得

開關(guān)電源是以功率MOS為核心的電能變換器，除了芯片自身的參數(shù)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響外，PCB的設(shè)計(jì)也是非常重要。

今天，我們將以簡(jiǎn)單的Buck電路為例，從不同的角度出發(fā)，和大家分享一下關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的一些設(shè)計(jì)心得。

01首先，開關(guān)側(cè)，也就是我們常說(shuō)的SW，是Buck電路中非常關(guān)鍵的位置，它是輸入回路和輸出回路的交點(diǎn)，同時(shí)也是橋臂功率MOS直接相連的地方。

一般來(lái)說(shuō)，和功率MOS相連的信號(hào)，PCB的鋪銅面積都要盡可能設(shè)計(jì)得大一些，主要是兩方面的考量：

一方面是功率回路需要走較大的電流，在相同距離上，增加鋪銅寬度可以增大走線的通流能力，降低路徑損耗。

另一方面，和功率MOS直接相連的鋪銅，也承擔(dān)著器件散熱的角色。我們知道，散熱能力往往會(huì)成為電源芯片輸出能力的瓶頸。由于芯片pin腳的導(dǎo)熱性較好，芯片內(nèi)核到PCB的熱阻往往會(huì)小于到封裝表面的熱阻，這也就意味著芯片大部分熱是通過(guò)芯片pin腳導(dǎo)入PCB后耗散的，那增加SW的鋪銅面積，對(duì)于Buck芯片的散熱能力，也會(huì)有一定程度的提升。

02但是，這是否就意味著SW的鋪銅越大越好呢？

答案是否定的。

如果從噪聲維度去看，SW承接著Buck 拓?fù)涞妮斎牖芈泛洼敵龌芈?，隨著MOS的開關(guān)切換，SW處的電壓也會(huì)產(chǎn)生周期性的脈沖變化。同時(shí)，SW的電流也隨著MOS的高頻切換，呈現(xiàn)規(guī)律性的波動(dòng)。

當(dāng)SW鋪銅面積變大，那么對(duì)參考地的寄生電容也會(huì)隨之增大，高頻電壓波動(dòng)帶來(lái)的噪聲更容易通過(guò)寄生電容耦合到參考地, 從而影響其它采樣信號(hào)的識(shí)別。

同時(shí)，變化的電流會(huì)在空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，當(dāng)磁導(dǎo)線穿過(guò)閉合線圈時(shí)，則會(huì)感應(yīng)出電壓噪聲，對(duì)附近的信號(hào)產(chǎn)生一定的影響。隨著鋪銅面積的增加，干擾的輻射范圍也就越廣。

所以，為了盡可能減小對(duì)周邊信號(hào)的影響，我們希望SW的鋪銅面積越小越好。

另外，我們也不建議在SW處打過(guò)孔。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小電源噪聲對(duì)信號(hào)鏈的影響，我們會(huì)在電源層下面加一層完整的GND作為噪聲屏蔽層。一旦SW處增加了過(guò)孔，就破環(huán)了屏蔽層的完整性，噪聲就會(huì)沿著過(guò)孔干擾到其它層的信號(hào)傳輸。

03那么，如何解決上述的矛盾呢？

1SW的鋪銅寬度需要保證橫截面有足夠的電流通流能力，這個(gè)是首要條件。一般來(lái)說(shuō)，1OZ銅厚的PCB，走線寬度設(shè)計(jì)在15mil/A左右比較合理。在這個(gè)基礎(chǔ)上，盡可能縮短SW到電感之間的距離，來(lái)減小對(duì)周邊信號(hào)的干擾。

2我們可以通過(guò)增加電源芯片GND鋪銅以及輸入鋪銅的面積，來(lái)提升MOS的散熱能力。這樣就可以巧妙地化解這個(gè)設(shè)計(jì)上的矛盾點(diǎn)。

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