电源电路是保证现代电子设备稳定运行的重要元件。电源提供电子设备所需的电压和电流，对整个设备的性能和寿命有重大影响。因此对电源电路的设计要求较高,且效率较高。
另一方面，将电源电路安装到电路板时的工艺图设计也很重要。工艺图设计是指根据电路图将电子元器件布置在电路板上并设计布线图案的过程。这需要精心设计以确保信号传输和电源的稳定性，而噪声抑制和高效布局是电源电路中尤为重要的元素。
本文将从电源电路的平面设计的基本要点到噪声对策、高效的布局设计以及使用的工具等，介绍具体的设计方法和事例。
工艺图设计基本要点
电源图稿设计不仅仅是将组件放置在电路板上。设计时必须考虑信号传输速度、电流流动和发热等因素。
从原理图到 PCB 设计
电路图是一种显示电源电路功能的设计，是了解电路如何工作的基本资源。根据电路图，我们决定在电路板上放置哪些元件以及如何连接它们。此时重要的是零件的排列是否实用且高效。放置完组件后，下一步就是将它们连接在一起。
图1.开关电源电路图
图 2：印刷电路板
电路板布局的基本原则
在布置电路板时遵循一些基本原则很重要：
- 组件布局关键组件（例如电源IC和滤波电容器）被放置在最佳位置以确保高效的信号流。
优化元件之间的距离，避免不必要的长布线。 - 接线：通过适当分离和布置信号线和电源线，可以最大限度地减少噪声的影响。
布线宽度和层的选择也很重要。 - 供电方式在电源电路中，电源模式设计对于提供稳定的电压至关重要。
需要在尽可能大的面积上创建电源图案，以减少电阻。
电源电路图设计中的噪声对策
电源电路中噪声抑制极其重要。电源电路特别容易受到高频噪声和电磁波的影响，如果设计不当，可能会对整个设备的性能产生负面影响。
电源电路中的噪声源及其影响
电源电路中的噪声主要由以下因素引起：
- 开关噪声：DC-DC转换器等开关电源电路在切换过程中会产生噪声。
这可能会干扰其他电路并导致其故障。 - 电磁干扰（EMI）：电源电路发射的电磁波可能会干扰其他设备或电路，导致其发生故障。
如何设计以最大限度地减少噪音
接地平面设计：
噪声对策的基础是使用接地平面。通过在整个电路板上提供均匀的接地平面来抑制噪声的产生。
去耦电容的放置：
去耦电容用于消除电源噪声。适当的放置可以帮助最大限度地减少噪音的影响。
图3 去耦电容（蓝色虚线）
布线和屏蔽：
保持布线短而直有助于防止噪音传输。如果有必要的话，使用盾牌也是个好主意。
实际设计实例
例如，在DC-DC转换器的设计中，为了抑制开关噪声，在电路板背面放置接地平面，并尽可能地加宽电源图案，以防止噪声传播。
电源电路板的高效布局设计
在设计电源电路的图稿时，高效的布局极其重要。特别是电源电路经常会通过大电流，因此必须在设计时尽量减少热量的产生和功率损耗。高效的布局设计可以最大限度地提高电路的稳定性和性能。
图4 接地平面（红色箭头）
高效率设计要点
热管理：
电源电路承载着大电流，因此会产生热量。在设计电路板的时候，需要合理放置元器件的热源，并进行散热。例如，可以通过放置具有高散热性能的组件（例如使用散热器）来防止过热。此外，通过调整电路板的尺寸和铜的厚度，可以有效地散热。
过流保护：
如果过电流流过电源电路，则可能会损坏电路板或组件。因此，有必要在设计阶段添加过流保护电路（例如保险丝或限流电路）。配线的粗细和电流容量也是重点。如果布线太细，过电流时可能会发生过热，从而损坏电路板。
高效的转换器电路布局：
为了设计高效的电源转换电路，例如 DC-DC 转换器和 AC-DC 转换器，必须精心设计转换器电路的布局。开关元件、电感器和电容器的放置位置对效率有很大影响，因此适当的放置非常重要。例如，在开关元件附近放置去耦电容器可减少开关期间的噪声并实现高效的能量转换。
高效电源设计的元件布局
放置组件时，优化信号路径和电源路径非常重要。建议采用以下设计：
- 信号和电源路径分离尽可能将高频信号路径和低频电源路径分开非常重要。这有助于避免信号干扰和噪音。
- 宽电源模式设计：通过将电源图案（Vcc、GND等）排列在较宽的区域，可以提高电源的效率并减少热量的产生。此外，通过扩大电源模式，可以防止电压下降，从而实现稳定的电源供应。
图 5 信号路径（蓝色虚线内）和电源路径（蓝色虚线外） * 具有宽电源模式的设计示例
