什么是板载电源？板载电源设计要点总结

板载电源是什么？

板载电源是指在电路板上搭建了电源电路或使用板载式电源模块，把电源部分集成到PCB板，跟应用电路在同一个板子上。直接输入市电即可工作，不需要外部转换或外接电源适配器。

板载电源设计要点总结：

LDO：

在压差较大或者电流较大的降压电源设计中，建议采用开关电源，避免使用LDO。采用线性电源（包括LDO）可以得到较低的噪声，并且使用简单，成本低，在单板上应用较多。LDO必须计算热耗并满足降额规范，采用线性电源时电源功率的计算不能使用负载电压和电流的乘积计算，必须采用线性电源输入电压和负载电流的乘积计算。

采用开关电源能够达到很高的效率，对大电流及大压差的场合，推荐采用开关电源进行转换。如果电路对纹波要求较高，可以采用开关电源和线性电源串联使用的方法，采用线性电源对开关电源的噪声进行抑制。

在LDO输出端滤波电容选取时，需要注意参照手册要求的最小电容、电容的ESR/ESL等要求，确保电路稳定。推荐采用多个等值电容并联的方式，增加可靠性以及提高性能。LDO输出电容为负载的变化提供瞬态电流，同时因为输出电容处于电压反馈调节回路之中，在部分LDO 中，对该电容容量有要求以确保调节环路稳定。该电容容量不满足要求，LDO可能发生振荡导致输出电压存在较大纹波。

PCB设计：

电源模快/芯片感应端在布局时应采用开尔文方式，很多电源模块和电源芯片在设计时，采用了独立的Sense管脚，作为对输出电压的反馈输入。这个Sense信号应该从取用电源的位置引给电源模块，而不应该在电源模块输出端直接引给电源模块，这样可以通过电源模块内部的反馈补偿掉从电源模块输出传输到实际使用电源处路径带来的衰减。对于电源监控电路等，也应该遵守相同的原理，即从实际需要监控点将电源引给监控电路，而不是从监控电路最近处引给监控电路，以确保精确性。

Buck电源PCB设计要点：

（1）输入电容，输出电容尽量共地。

（2）输出电流过孔数量保证通流能力足够，电流为设定的过流值。

（3）如果输出电流大于20A，最好区分控制电路AGND和功率地GND，两者单点接地，如果不做区分，保证AGND接地良好。

（4）输入电容靠近上管的D极放置。

（5）Phase管脚因为其强电流，高电压的特性，辐射大，需做以下处理：Phase相连接的上管的S极，下管的D极和电感一端打平面处理，且不打过孔，即尽量保证3者和电源芯片在同一个平面上，且最好放置在top面。Phase平面保证足够的通流能力的前提下，尽量减小面积。关键信号远离该Phase平面，小电流的Phase网络直接拉线处理，禁止拉平面。

（6）输入电容的GND，电源输入因为噪声大，敏感信号需远离该平面，遵循3W原则，禁止高速信号在上述地平面打的过孔中间走线，尤其关注背板的高速信号。

（7）GATE、BOOT电容走线尽量粗，一般为15mil~40mil。

（8）电压采样因为电流小，容易受干扰，如果为近端反馈尽量靠近电源芯片，如果为远端反馈，需走差分线，且远离干扰源。

（9）DCR电流采样网络，需要差分走线，整个采样网络尽量紧凑，且需靠近电源芯片放置，温度补偿电阻靠近电感放置。

（10）环路补偿电路尽量面积小，减小环路，靠近电源芯片放置。

（11）电感下禁止打孔，一方面防止有些电感为金属表层，出现短路。一方面因为电感的辐射大，如果下面打孔噪声会耦合。

（12）MOS管下需打过孔进行散热，过孔数量按照输出最大电流计算，非过流值。电源芯片底部打过孔到背面进行散热处理，覆铜越大散热越好，最好部分亮铜处理。

升压电路：

升压电源（BOOST）使用必须增加一个保险管以防止负载短路时，电源直通而导致整个单板工作掉电。保险的大小由模块的最大输出电流或者负载最大电流而定。

电感：

禁用磁饱和电路禁止选用采用磁饱和电路的电源模块，因为磁饱和电路所用磁环的原因，对温度比较敏感，易在高温工作时不稳定。动态负载能力差，在磁饱和路负载最小时工作最恶劣，易形成输出不稳定。

滤波电容：

电源滤波可采用RC、LC、π型滤波，其中电阻、电感和磁珠必须考虑其电阻产生的压降。对电源要求较高的场合以及需要将噪声隔离在局部区域的场合，可以采用无源滤波电路。 在采用无源滤波电路时，推荐采用磁珠进行滤波。磁珠和电感的主要区别是电感的Q值较高，而磁珠在高频情况下呈阻性，不易发生谐振等现象。

对于滤波电路，应保证电感、磁珠或者电阻后的电容网络能够所有频率下，保证低阻抗。必要时应采用多种容量的电容并联，并局部铺铜的方式达到目标阻抗。

大容量电容一般为电解电容，其体积较大，引脚较长，经常为卷绕式结构（钽电容为烧结的碳粉和二氧化锰）。这些电容的等效串联电感较大，导致这些电容的高频特性较差，谐振频率大约在几百KHz到几MHz之间。小容量的陶瓷贴片电容具有低的ESL和良好的频率特性，其谐振点一般能够到达数十至数百MHz，可以用于给高频信号提供低阻抗的回流路径，滤除信号上的高频干扰成分。因此，在应用大容量电解电容时，应在电容上并联小容量瓷片电容使用。

上电时序：

对于多工作电源的器件，必须满足其电源上掉电顺序要求，不满足的话很有可能导致器件不能够正常工作，甚至导致器件烧毁。电源模块、电源上的电容都会对电源上电顺序产生影响， 可能出现上电过程中违反电压要求的情况，必须进行测试验证。

当多个芯片配合工作时， 必须在最慢的期间完成初始化后才能开始操作， 否则可能造成不可预料的结果。对于某些ROM等器件，在上电后一段时间才能开始工作，如果在此之前就开始读取，也可能导致数据错误。

热拔插系统：

热拔插系统在单板插入瞬间，单板上的电容开始充电。因为电容两端的电压不能突变，会导致整个系统的电压瞬间跌落。同时因为电源阻抗很低，充电电流会非常大，快速的充电会对系统中的电容产生冲击，易导致钽电容失效。如果系统中采用保险丝进行过流保护，瞬态电流有可能导致保险丝熔断，而选择大电流的保险丝会使得在系统电流异常时可能不熔断，起不到保护作用。所以在热拔插系统中电源必须采用缓启动设计，限制启动电流，避免瞬态电流过大对系统工作和器件可靠性产生影响。

一般工程师在设计产品时，很多时候电源部分会自己设计，并且设计出来的产品也没有什么问题。但是发现问题，一般在批量生产的时候，这时要改动可能会影响其他结构，而采用板载式电源模块，可以很好的避免这些问题。