DC/DC 转换器电路设计与开发 — 设计要点
DC/DC 转换器的电路板设计是电源系统实现中的关键环节，其布局质量会影响转换效率、热管理和EMI性能。在上一篇《DC/DC 转换器电路设计与开发 — 选型》文章中，我们介绍了 DC/DC 转换器选型的三个要点，以及电感器选型的计算方法。本文将系统阐述降压型与升压型 DC/DC 转换器的 PCB 设计要点，分析热回路优化与 GND 设计方法。
确定元器件后，接下来开始电路板设计。在进行电路板实际设计时，需要考虑诸多细节。例如，数据手册推荐的原理图虽提供了基础框架，但在实际操作中，不仅仅是简单的连接元器件，电路板布局同样至关重要。下图 (图1) 是为本次 DC/DC 转换器电路设计的原理图，接下来将展开为大家介绍在布局设计中的一些关键要点。
热回路
在 DC/DC 转换器的布局时，需要注意热回路。热回路是由于开关过程中电流不连续流动，它对 DC/DC 转换器中 EMI 噪声的产生有重大影响。降压型 DC/DC 转换器的热回路如下图 (图2) 中的红框所示：
那么，我们在设计中应遵循以下原则：
- 缩小回路面积：尽可能缩短布线长度。如果布线较长，寄生电感会增加，并产生更大的 EMI 噪声。
- 优化输入电容器布局：如上图 (图2) 右边所示，对于内置开关元件的 IC 来说，输入电容器的配置很重要，因此必须将其安装在靠近 IC 输入引脚的位置，并尽可能粗的电线连接。
此外，升压 DC/DC 转换器的热回路位置有所不同，如下图 (图3) 红框所示。因此，在升压型 DC/DC 转换器的情况下，需要特别注意输出电容器的配置。当然，其他元件的放置和布线也很重要，但最重要的是热回路的布局。
接地
无论单独使用哪种 DC/DC 转换器，在电路板设计中 GND 的处理都非常重要。GND 是电路电压的参考，必须确保其稳定性。以下是接地设计的三个要点：
宽 GND 平面
为稳定电位，应尽可能扩大接地面积。由于很难在元件周围获得宽 GND，因此在电路板局部设计时选择了大面积的 GND 平面。
连接所有 GND
在设计时，可能存在多个 GND，但所有这些 GND 都需要在在某一点统一连接。如前文所述，GND 是电路中电压的参考，因此电路中的所有 GND 都必须处于相同的电位。如果 GND 之间没有连接并且它们之间存在电位差，则即使对于相同的信号，电压也会出现差异，如下图 (图4)。
GND 的隔离
在 GND 系统设计中，虽然所有 GND 最终需统一，但某些情况下需进行隔离。例如：就印刷电路板而言，第一层将电源 GND 和信号 GND 分开，第二层将它们连接到公共 GND。
GND 分离的主要目的是降低噪声干扰。电路中的电流不是恒定的，也不会流动，不断变化的电流和电路中的电阻元件会产生电压噪声。如果共用 GND，则一个电路中产生的噪声可能会流入并对其他电路产生不利影响。特别是，如果大电流流经的电源系统 GND 和检测系统 GND 相同，则大电流引起的噪声可能会流入控制系统电路并导致故障。
因此，对于噪声敏感电路或大电流波动电路，需要进行 GND 隔离。同时，应尽可能缩短接地走线长度并加宽线宽，以降低阻抗和噪声。可以说，合理的 GND 设计是电路板布局中最关键且最具挑战性的环节。更多有关功率 GND 和信号 GND 的内容，可参阅：《用于处理稳压器中高开关频率的 PCB 布局 (3)》
总结
本文分享了 DC/DC 转换器电路板设计中的热回路与 GND 设计要点。通过实践，可以认识到布局设计的重要性远超原理图绘制。下一篇文章将介绍电路板的实际安装过程。
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