Altium Designer 中的 SMPS PCB 布局指南

2021-07-14

Altium Designer 中的 SMPS PCB 布局指南

许多电力电子和嵌入式系统都需要定制稳压器电路。照明板、激光二极管驱动器、许多模拟系统和其他噪声敏感系统需要低噪声功率调节，而一些 COTS 组件根本无法满足应用要求。这在需要在高电压/高电流下精确输出且几乎没有下垂的电力系统中尤其如此（例如，电动汽车）。这些系统使用带有开关稳压器和标准化拓扑的 SMPS 电源。

正确使用 SMPS 布局需要最好的电路设计工具集，以及直接从原理图中获取数据的 PCB 编辑器。当您还可以在原理图编辑器中访问仿真功能时，您可以在完成布局之前快速验证您的设计。Altium Designer 在单个应用程序中为您提供所有这些功能以及更多功能。以下是一些 SMPS PCB 布局指南，可帮助您在 Altium Designer 中构建最佳电源。

一个统一的 PCB 设计包，将电路设计功能与强大的 PCB 编辑器和仿真功能集成在一起。

简单的电源易于设计，但无法满足许多电力电子或嵌入式系统的性能要求。基本稳压器无法为行业标准应用提供所需的电源效率、抗噪性和低纹波。许多 IC 旨在提供所需的低噪声功率输出，但许多高电压或高电流板需要定制设计的开关稳压器。

构建定制稳压器首先要选择合适的电源拓扑。您的拓扑结构将决定您是否可以提高或降低输出电压，以及您的系统中是否有一些电流隔离。您可以更进一步，包括一些额外的稳压器电路，以适应输入电平的变化，例如在使用电池供电系统时发生的情况。让我们看看各种 SMPS PCB 布局指南，以及如何使用正确的 PCB 设计软件成功设计电源。

选择正确的开关稳压器拓扑

三种标准 DC-DC 开关转换器拓扑结构是升压、降压和降压-升压（也称为反激式）。与非稳压电源或线性稳压器相比，这些中的每一个都具有主要优势。开关稳压器的主要优点是它们具有更高的效率和通过 PWM 信号控制输出电压的能力。下表提供了各种稳压器拓扑的比较。

正向转换器和反激转换器有时会互换使用，但它们是不同的拓扑结构。这两种类型的稳压器都在输出级使用变压器进行电流隔离，并且可以通过改变用于开关的 PWM 流的占空比来调整输出电压。正向转换器解决了变压器磁芯饱和以及反激式转换器变压器磁芯中产生的迟滞的附加问题。正向转换器在输出侧还包括一个额外的二极管和电感器，它使用三绕组变压器而不是两绕组变压器。

构建您的稳压器拓扑 最佳原理图设计工具

无论您选择为下一个设计构建哪种稳压器拓扑，您都需要一套强大的原理图设计工具来创建您的电路。您需要访问完整的经过验证的组件库，这些组件可以直接导入到基于 SPICE 的仿真中。当您使用在单个平台中统一电路设计和仿真功能的设计工具时，您可以为任何应用创建强大的电源。

在构建新的开关稳压器时，您需要使用最好的原理图编辑器来设计和仿真新设备的所有方面。 

在开关稳压器中，您的开关频率将决定输出的效率和纹波。了解有关为您的开关稳压器选择正确频率的更多信息。

除非您构建隔离电源，否则传导 EMI 可以传播到电源电路的输出。 

使用 Altium Designer 中的分层多通道设计工具进行放大器设计示例。

开始您的 SMPS PCB 布局

设计 SMPS 电路后，您需要将原理图捕获为初始布局并开始排列组件。设计低 EMI 和稳定功率是布局的关键方面，因为您希望功率输出尽可能保持稳定。在高功率电路中，热管理也可能是一个挑战。关键组件上的散热器和风扇对于将组件温度保持在安全范围内很重要。

让您的组件保持凉爽、稳定且无噪音

一旦组件开始切换，您的布局是不同电路块之间串扰和电源调节问题的主要决定因素。您的 PDN 应始终设计为低阻抗以抑制瞬变。您应该始终尝试放置去耦元件和其他无源元件，以使电路具有最小的环路电感。 

开关电源在高电流下运行时会产生明显的噪声，这些噪声会在下游电路中作为噪声尖峰接收到。如果噪声成为通过一致性测试的问题，您需要从电路的输入和输出中过滤尽可能多的噪声。这将大大有助于确保您的功率输出在到达负载组件后保持稳定。这些要点对于抑制噪声和确保电路板上的稳定配电大有帮助。

电源在运行过程中会变得非常热，您需要采取一些措施来散发 SMPS 电路的热量。这可以像在重要组件上放置风扇和散热器一样简单。确保在遵循电源系统行业标准（特别是IPC-2152和IPC-2221 ）的同时，在高电流板中选择更重的铜。使用正确的设计应用程序，您可以将这些要求定义为设计规则，并且您的 ECAD 应用程序将在您创建 PCB 布局时根据这些规则自动检查您的设计。

原理图捕获是构建设计和开始新 PCB 布局的第一步。 

一旦负载组件开始切换，您的配电网络和组件选择就会影响电源系统中的 SSN 和地弹。 

您的布局将决定热量如何在电源板周围传输以及您是否可以从组件中散发足够的热量。 

在 Altium Designer 中的 SMPS PCB 布局中使用覆铜。

用于 SMPS PCB 布局的最佳 ECAD 软件

大多数设计程序强制您使用单独的原理图编辑器、路由器和模拟器来生产单个产品。这会导致工作流程效率低下，甚至迫使您使用 3rd 方设计工具来完成新设计。您需要在统一的设计包中创建下一个 SMPS 电路板，而不是在这种分散的环境中工作。

当您使用统一设计软件时，您将可以访问在单个应用程序中创建新产品所需的一切。这是您可以在 Altium Designer 中找到的环境类型。您需要的一切都在一个应用程序中，让您可以轻松地从概念到产品。

在 Altium Designer 中设计您的下一个 SMPS PCB 布局

Altium Designer 是唯一一款包含 SMPS 设计所需一切的 PCB 设计和布局应用程序。您可以使用功能强大的原理图编辑器设计和集成 SMPS 电路，并且可以在同一程序中将原理图捕获为初始电路板布局。您将可以使用布局前和布局后模拟工具，并且可以快速为制造商准备可交付成果。没有其他 PCB 设计应用程序可以如此轻松地通过单一程序将新产品推向市场。

在 Altium Designer 中设计 SMPS 电路、放置元件和布线是很容易的任务。在您创建电路板时，Altium Designer 中的规则驱动设计环境会根据您的设计规则立即检查您的 SMPS PCB 布局。 

当您设计电路时，Altium Designer 中强大的原理图编辑器为您提供查找经过验证的组件模型和使用基于 SPICE 的强大仿真引擎仿真电路所需的一切。 

所有 Altium Designer 用户都可以通过 Altium 365 平台存储和共享他们的 SMPS PCB 布局设计。如果您在设计团队工作，Altium 365 可帮助您的团队成员在安全的云环境中保持工作效率并共享设计数据。 

Altium Designer 中 SMPS PCB 布局的 3D 视图。

如果您从未在集成设计环境中工作过，Altium 将为您提供开始和成功设计所需的资源。您将可以访问 AltiumLive 论坛、与行业专家的网络研讨会、包含大量设计技巧的庞大知识库和设计教程。没有其他 PCB 设计软件公司会为您的成功投资。