直流电路分析：开关电源PCB布局与电容电感设计关键要素

本文档深入探讨了在设计开关电源PCB（印刷电路板）布局时如何运用直流电路分析方法，特别是针对输出电容和电感的设计。首先，它提到了PSPICE（基于微分方程的电路模拟器）中的AC模拟和瞬态模拟技术，这些工具对于理解和优化电路行为至关重要。 在电容设计方面，文章强调了电容器的工作频率对其阻抗特性的影响。电容模型中，当频率低于共振频率f0时，电容阻抗(ZC)主要由纯电容决定；在f0以上，电感效应（ESL）逐渐显现；而接近f0时，电容的等效串联电阻(ESR)变得显著。不同尺寸的电容，如瓷片电容、钽电容和电解电容，其ESR和ESL值都有所不同，这对于选择合适的电容规格和布局位置至关重要。 文中还提到电源板的基本要点，如旁路瓷片电容的选择原则，要求电容容量适中，寄生串联电感要小，且较小容量的电容应靠近负载。此外，电感的设计也需关注寄生电容的减小，以及电感引脚间距和电流环路的优化，以降低高频交流干扰。 镜像面概念在PCB设计中被提及，强调避免在地层上放置功率或信号走线，以减少高频电流环路的干扰。过孔（VIA）的使用需谨慎，确保不会破坏高频电流的路径。此外，PCB板层的分割，即模拟电源层与数字地层的隔离，以及信号层与地层的匹配，都是保证电路性能的关键。 对于降压式（Buck）电源的排版，文中提供了电流和电压波形示例，以及如何通过电路等效图来最小化电感的影响。例如，通过计算，PCB Trace的长度和厚度、VIA的高度和直径都会对电感产生影响，这些因素都需要在设计过程中精确考虑。 本篇文档深入剖析了直流电路分析在开关电源PCB布局中的应用，强调了电容和电感参数的选择、布局策略以及模拟工具在实际设计中的作用，为工程师提供了实用的设计指导。