开关电源和线性稳压电源的PCB设计

在电子产品中，电源模块就像 “能量管家”，负责把不稳定的电能转换成设备需要的稳定电力，而 PCB 设计则是给这个 “管家” 搭建高效工作的 “场地”。设计不合理，不仅会导致设备供电不稳、频繁死机，还可能产生干扰，影响整体性能。今天就结合实操细节，聊聊开关电源和线性稳压电源（LDO）的 PCB 设计，从基础原理到关键要点，让新手也能轻松理解。

一、先搞懂两种核心电源：开关电源与 LDO

要做好 PCB 设计，得先明白两种电源的 “工作逻辑”，它们的特性不同，设计重点也不一样。

1. 开关电源：高效的 “电能转换器”

开关电源是很多设备的 “主力电源”，比如路由器、小家电的供电模块，它能实现直流电压之间的转换（DC-DC），还具备启动、过流 / 过压保护、噪声滤波等功能，核心是通过 “快速开关” 来稳定电压。

它的工作流程很像 “智能水龙头调节”：输出端有两个电阻（R1、R2）组成的 “监测器”，实时检测输出电压。如果电压偏高，就把 “电压异常信号” 传给 “比较放大器”，再通过 “脉宽调制电路（PWM）” 和 “驱动电路”，让功率器件的导通时间变短（相当于关小水龙头）；如果电压偏低，就延长导通时间（开大水龙头）。通过这种动态调整，就能让输出电压始终稳定在目标值。

放在 “它的工作流程很像‘智能水龙头调节’：” 之后，用于直观展示开关电源的基本构成，帮助读者理解 “监测器”“PWM 电路” 等部件的位置和连接关系。

2. 线性稳压电源（LDO）：安静的 “电压减压阀”

LDO 全称 “低压差线性稳压器”，功能更专一 —— 只能把高电压降到低电压（比如 5V 转 3.3V），不能升压。它的优势是 “安静稳定”：输出电压几乎没有波动（纹波小），电路结构简单、成本低，适合给对供电稳定性要求高的小电流设备供电，比如传感器、单片机。

它的工作逻辑很直接：通过内部的晶体管或 FET，像 “削苹果” 一样，从输入电压中减去多余的部分，直接输出稳定的低电压，无需复杂的 “开关” 动作，因此工作时干扰更少。

二、开关电源 PCB 设计：这些要点不能错

开关电源的 PCB 设计，核心是 “减少干扰、降低损耗”，尤其是要严格遵循芯片手册（datasheet）的建议，下面结合具体规则详细说明。

1. 先查手册，按推荐布局布线

设计前第一步，一定要下载开关电源主芯片的 datasheet，手册里会明确标注推荐的布局和布线方式，这是避免设计失误的关键。比如常用的 TPS54550 芯片，其布线规则具有代表性，类似的 TPS54610 芯片也可参考这套规则。

放在 “比如常用的 TPS54550 芯片” 之后，展示 TPS54550 芯片的 PCB 布局示例，让读者清楚输入电容、电感、接地等部件的摆放和连接要求。

2. 主通路清晰，核心元件为中心

输入和输出的 “主电流通道” 要规划清楚，预留出铺铜和打过孔的空间，不能让线路绕远路。布局时要以开关电源的核心元器件（比如主芯片、电感）为中心，其他元件围绕它摆放；同时注意，电源滤波器的输入端和输出端要尽量远离，防止输入端的噪声 “窜” 到输出端，影响电压稳定性。

放在 “防止输入端的噪声‘窜’到输出端” 之后，结合图中 “输入 28V”“DGND” 的标注，直观展示主通路的布局和滤波器的位置关系。

3. 布局紧凑，减少引线和过孔

开关电源的元件要 “紧凑排列”，推荐采用 “一字型布局”，让元件整齐、均匀地分布在 PCB 上。这样做的目的是缩短元件之间的引线长度，减少过孔的使用 —— 引线越长、过孔越多，电流损耗和干扰风险就越大。尤其是关键的滤波电容，必须按 datasheet 的要求放置，不能随意改动位置。

放在 “尤其是关键的滤波电容” 之后，通过图中 “输出 1:4V”“输入 5V” 的标注，展示紧凑的一字型布局，以及滤波电容的合理摆放方式。

4. 大电流引线要 “加粗铺铜”

开关电源中的大电流线路，比如公共地线、电源输入 / 输出线，最好用 “铺铜” 的方式处理；如果无法铺铜，也要尽量把线宽加大，这样能降低线路电阻，减少电压损耗，还能避免因寄生耦合产生的 “自激” 问题（自激会导致电压波动）。至于模块内部的普通信号互连线，线宽一般要加粗到 10mil 以上（但不能比芯片引脚宽，避免焊接问题）。

放在 “至于模块内部的普通信号互连线” 之后，展示大电流引线的铺铜 / 加粗处理方式，让读者清楚线宽和铺铜的实际效果。

5. 特殊引脚的 “精细化处理”

开关电源有几个关键引脚，处理不当很容易引入干扰，必须重点关注：

SENSE 引脚（采样引脚）：负责检测输出电压，布线时要远离干扰源和大电流平面，不能直接连到开关电源芯片管脚上，一般用 0.5mm 宽的线，连接到输出滤波电容的后面，确保采样信号准确。

GATE 引脚（驱动引脚）：控制功率器件的开关，要远离干扰源，引线既要短又要粗，减少信号延迟和干扰。

INTVCC 引脚（内部供电引脚）：它的滤波电容很关键，能为 GATE 引脚提供快速波动的电流，必须紧贴芯片放置，否则会影响电路正常工作。

“SENSE 引脚（采样引脚）” 的说明之后，展示 SENSE 线的布线路径和连接位置；

在 “INTVCC 引脚（内部供电引脚）” 的说明之后，通过图中电容（如 C4225）的摆放，体现 “紧贴芯片” 的要求。

6. 散热与抗干扰：避开信号线，垂直放电感

开关电源芯片和电感下面，不能布任何信号线，否则会被电源工作时产生的干扰影响；芯片的散热焊盘要打散热地过孔，并且开窗（露出铜皮），保证热量能顺利传导到地平面，避免芯片过热损坏。

如果是多路输出的开关电源，相邻的电感要 “垂直放置”，不能平行放 —— 平行放置的电感会相互干扰，导致输出电压不稳定。

在 “避免芯片过热损坏” 之后，展示芯片和电感下方的布线禁忌，以及散热焊盘的处理方式；

在 “不能平行放” 之后，通过 “平行放置” 与 “垂直放置” 的对比，让读者清楚正确的电感摆放方式。

7. 铺铜别贪多，预留隔热路径

铺铜是为了增大电流承载能力，但不能一味追求 “全连接”—— 如果没有预留隔热路径，焊接时会出现立片、堆锡、虚焊等问题，反而影响电路可靠性。铺铜时要根据电流需求合理规划，确保焊接时热量能均匀传导。

在 “反而影响电路可靠性” 之后，展示铺铜时因未预留隔热路径导致的焊接问题，提醒读者避开此类错误。

三、LDO 的 PCB 设计：简单但细节不能少

LDO 电路简单，但要保证稳定输出，PCB 设计仍有两个关键要点（以 5V 转 3.3V 为例）。

1. 滤波电容：按 “先大后小” 原则摆放

LDO 的输入和输出端都需要滤波电容，摆放时要遵循 “先大后小” 的顺序 —— 先放容量大的电容，再放小容量电容，并且要紧贴 LDO 芯片的输入、输出管脚。这样能快速滤除不同频率的噪声，让输入和输出电压更稳定。

放在 “让输入和输出电压更稳定” 之后，结合图中 “输出 3.3V”“GND” 的标注，展示滤波电容的摆放顺序和位置。

2. 地线处理：宽铜皮 + 多过孔，输入输出地连通

LDO 的 GND 管脚（地线引脚）要保证铜皮足够宽，过孔数量也要充足（和输入、输出端的过孔数量差不多），这样能降低接地电阻，减少接地噪声。同时，输入端的地和输出端的地要尽量连接在一起，形成统一的接地平面，避免因接地不一致导致电压波动。

放在 “避免因接地不一致导致电压波动” 之后，展示 GND 管脚的铜皮宽度、过孔分布，以及输入输出地的连接方式。

总结

电源模块的 PCB 设计，核心是 “跟着原理走，盯着细节做”：开关电源要重点关注干扰控制、电流损耗和散热；LDO 要注重滤波和接地。只要严格遵循芯片手册，做好布局、布线、铺铜这些细节，就能让电源模块稳定工作，为整个设备提供可靠的 “能量支持”。

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