关于开关侧PCB铺铜的设计心得

上期回顾：PCB布局宝典

本期内容   

开关电源是以功率MOS为核心的电能变换器，除了芯片自身的参数会对电能质量产生较大影响外，PCB的设计也是非常重要。

今天，我们将以简单的Buck电路为例，从不同的角度出发，和大家分享一下关于开关侧PCB铺铜的一些设计心得。

01首先，开关侧，也就是我们常说的SW，是Buck电路中非常关键的位置，它是输入回路和输出回路的交点，同时也是桥臂功率MOS直接相连的地方。

一般来说，和功率MOS相连的信号，PCB的铺铜面积都要尽可能设计得大一些，主要是两方面的考量：

一方面是功率回路需要走较大的电流，在相同距离上，增加铺铜宽度可以增大走线的通流能力，降低路径损耗。

另一方面，和功率MOS直接相连的铺铜，也承担着器件散热的角色。我们知道，散热能力往往会成为电源芯片输出能力的瓶颈。由于芯片pin脚的导热性较好，芯片内核到PCB的热阻往往会小于到封装表面的热阻，这也就意味着芯片大部分热是通过芯片pin脚导入PCB后耗散的，那增加SW的铺铜面积，对于Buck芯片的散热能力，也会有一定程度的提升。

02但是，这是否就意味着SW的铺铜越大越好呢？

答案是否定的。

如果从噪声维度去看，SW承接着Buck 拓扑的输入回路和输出回路，随着MOS的开关切换，SW处的电压也会产生周期性的脉冲变化。同时，SW的电流也随着MOS的高频切换，呈现规律性的波动。

当SW铺铜面积变大，那么对参考地的寄生电容也会随之增大，高频电压波动带来的噪声更容易通过寄生电容耦合到参考地, 从而影响其它采样信号的识别。

同时，变化的电流会在空间产生变化的磁场，当磁导线穿过闭合线圈时，则会感应出电压噪声，对附近的信号产生一定的影响。随着铺铜面积的增加，干扰的辐射范围也就越广。

所以，为了尽可能减小对周边信号的影响，我们希望SW的铺铜面积越小越好。

另外，我们也不建议在SW处打过孔。

在实际应用中，为了减小电源噪声对信号链的影响，我们会在电源层下面加一层完整的GND作为噪声屏蔽层。一旦SW处增加了过孔，就破环了屏蔽层的完整性，噪声就会沿着过孔干扰到其它层的信号传输。

03那么，如何解决上述的矛盾呢？

1SW的铺铜宽度需要保证横截面有足够的电流通流能力，这个是首要条件。一般来说，1OZ铜厚的PCB，走线宽度设计在15mil/A左右比较合理。在这个基础上，尽可能缩短SW到电感之间的距离，来减小对周边信号的干扰。

2我们可以通过增加电源芯片GND铺铜以及输入铺铜的面积，来提升MOS的散热能力。这样就可以巧妙地化解这个设计上的矛盾点。