【经验】浅谈升压PFC电路的Layout要领
PFC电路的工作原理是调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。功率因数补偿不仅解决了电压和电流不同相位的问题，更为重要的是解决了因供电电流呈强脉冲状态而引起的电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。
现代的PFC技术是针对非正弦电流波形畸变而采取的，迫使交流线路电流追踪电压波形瞬时变化轨迹，并使电流和电压保持同相位，使系统呈纯电阻性技术这就是PFC(功率因数校正)。
在整个PFC电路的设计中，布线是其重要一环，而布线设计过程难度较高，技巧较细、工作量较大，下面我们就布线的要领进行重点介绍。
电路特点如下图：
开关回路电流 It 幅度较大，但一般没有尖峰毛刺，是拓扑产生的典型波形。
硬开关拓扑都有一个高频脉冲电流 Ip 回路，其幅度最大，且有尖峰毛刺，其中毛刺部分幅度大，频率高，因而含有较高的能量。它一般是由续流或者吸收（钳位）二极管反向恢复引起的冲击电流回路，是最容易引起干扰的元凶。
如图一所示四种电流对应流经一段地线，并可能在对应的地线段上产生干扰电位差。
1.电源设计的回路尽可能小
下图不分割的话回路面积太大，这样就容易产生噪音，导致干扰问题。
2.良好的接地避免额外噪音影响
良好的接地获得一个最小噪音的接地基准参照，避免额外噪音影响。
输入端是地，电容端也是地。不能接地的地方就是热点。热点分布范围最小化，同时热点屏蔽接地。
升压PFC电路Layout 具体分析
如图一， 交流回路, PFC、PWM回路，整流回路,，滤波回路这四大回路包围的面积越小越好。
要求：
各回路中功率组件彼此尽量靠近。
功率线条(两交流线之间、正线与地线之间)彼此靠近。
功率线条(流过大电流的线条)要短而宽, 以降低损耗, 提高响应频率, 降低接收干扰频谱范围。
PFC MOS和漏极、MOS散热片必须接一次地，以减少共模干扰。
交流回路应远离PFC、PWM回路, 以减少来自后者的干扰。
双层PCB的上层尽可能用宽线，地线尽量布在上层。
多层PCB应用一层作为地线、一层作为电源线，以充分利用层间电容去耦，减小干扰。
PFC、PWM回路要单点接地. IC周边组件的地先接到IC地再接到MOS的S极, 再由S极引到PFC电容负极。
1.Layout要点一: 电容很重要
从图一可以看出，It和Ip电流完全（不是部分）流经了各自对应的一个电容Ci和Co。一般人很少去关注电容上流过的电流，而实际上这正是开关电源布局的关键之一。干扰都是通过电容被旁路的，整个电路最强劲电流都在电容上，电容很重要！
按照反应速度分，最快的器件是电容、二极管等器件，最慢的器件是电感等器件。
Layout要领一：高频脉冲电流Ip回路最小化
电路的高频脉冲电流Ip回路，它一般都是由包括开关管在内的快速器件组成的环路，在布局上让它最小化（连线最短、面积最小，因而干扰最小）。
这个是整个开关电源布局的第一步,这样连接后，ND两个地会合并在一起，形成一个点，这个点就是整个电路的接地中心。
Layout要领二：开关电流It回路最小化
电路的开关电流It回路，它一般都是包含了一个电感的拓扑主回路的一部分，让它最小化。
注意：
1、It回路与Ip回路有部分重叠，因此It回路应该是在Ip回路基础上的延伸。
2、有时候这两个回路的布局有冲突，一般应以Ip回路为主。
3、如果It回路有个接地点，那么这个接地点应与上述接地中心重合，不能布置到一个点时，也要尽量缩短距离，同时留心这段地线上的It电流可能的影响。
4、条件受限时，上述2个回路的（输入输出）电容可能不能共地，必要时可以电气并联的方式就近增加一个（或两个可以共地的）高频电容达成共地。
画好这两个电流回路，这个PCB板布局的大致方位基本上确定了。现在再考虑控制在哪？输入输出在哪？
需要特别指出的是：
1、这种布局是针对硬开关的，但是对软开关拓扑仍然有效，你总不希望自己的软开关谐振波形上再意外出现一个小波吧？
2、这种布局是针对硬开关的，它就是要让电路看上去更加符合理论波形，拿掉毛刺、拿掉尖峰。另一层意思是：它会更硬一些（可能对EMC某些频段不利）。
3、从EMC角度，这种布局就是总体最优化结构，整体上最容易过辐射和传导测试。具体到某个板能不能过？按这样布局后的整改工作量和成本也是最小。
2.Layout要点二: 接地中心很重要
电气地：
大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。
逻辑地：
电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等;逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电气地”必须与大地接触。
大致有以下几种地线：
1、数字地：也叫逻辑地，是各种开关量(数字量)信号的零电位。
2、模拟地：是各种模拟量信号的零电位。
3、信号地：通常为传感器的地。
4、交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。
5、直流地：直流供电电源的地。
6、屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。
根据以上布局，图一地线上G、N、D三个点已经最大程度的合并成一个点了，这就是拓扑接地中心GND。它的意义也很明确：这个点以外的地线上应该已经没有大的脉冲电流了，地线基本上就安静了，板总体上也安静了。因此，主电路的其他部分：桥在哪？输入输出端子在哪？怎么走线都问题不大了。
但仍然有意外情况：
输出突然短路、或者输入在交流的高电压90°角突然开机，电容Co和Ci呈短路运行工况，可能在地线的GND-E或者A-GND段上产生非常强大的电流和高达足以烧坏芯片的电压差(可能十几伏或更高)。有不少人开机或者短路就烧芯片（其他不烧），多半是这里没处理好。
3.Layout要点三:驱动电流lg回路最小化
拓扑的布局处理完了，现在是控制部分。根据以上布局，已经知道了接地中心，同时也能够看出来开关的驱动脚在哪个方向，就可以就近布置驱动和控制电路了。
开关电源的所有操控，最终都由对开关管的精确驱动来体现，因此驱动环路要优先布置。目的只有一个：保持驱动波形的正确和纯粹。
需要注意的是：
1、这个电流环路应包含驱动电路的Vcc滤波电容Cg通道在内，因为驱动电流本质上就是该滤波电容Cg的输出电流。这个电流（脉冲成分）是很大的，一般是安培级，至少是亚安培级，几乎与拓扑电流相当。
2、这个滤波电容Cg必须贴近驱动IC的供电端子布置，这是因为驱动IC内部的电路和信号可能非常复杂和敏感，完全要仰仗这个电容来撑住。这一布线原则对任何一个芯片（电路）都适用，即：每个IC的Vcc滤波电容无一例外的都必须就近连在该芯片的Vcc和Gnd引脚上，没得商量。
3、这样布置下来后，一般会形成Rg连线和GND-gnd两条连线，两条连线在环路电流Ig上是等效的。这意味着改变其中任意一条连线上的电流波形，都将改变驱动电流波形，使其不再纯粹。这还意味着GND-gnd可能会拉开距离，这就形成了第二个接地中心gnd。
Layout要领三：一点接地
GND即驱动电路的滤波电容Cg的接地端，它可能与拓扑接地中心GND拉开距离。图三所示，所有弱电单元的地线应在此一点接地，再连接到GND。为什么要这样接？原因有以下几点：
1、首先，辅助电源的电流Iv是最大的（也可能是安培级），而且跟Ig刚好反向（它是Cg的输入电流），如果其接地点不连接到gnd（控制地），比如接到GND（电源地），势必会在GND-gnd连线上形成Iv电流回路，使Ig叠加上Iv，导致驱动电流波形畸变，即：驱动被供电干扰。基于这个原因，驱动电路的滤波电容Cg的VCC端的输入输出连接也需要分开走线。
2、其他电路单元的电流一般很弱，如果连接到其他地方，则会使GND-gnd连线上较强劲的Ig脉冲电流叠加到自己的地线上，即：控制被驱动干扰。
3、同理，其他各个电路的地线，无论多么绕，均应分别走线到GND一点接地，否则，除了可能因上述Ii、Io、Ip、It、Ig、Iv等强电流窜进自己的地线形成干扰外，还可能通过共用地线相互干扰。
如图四所示是理想的单点接地，但实际画板很难实现理想的单点接地。借助旁路电容可以将接地点分开使某些电路自成环路（例如IC旁的去耦电容、数字环、模拟环、功率环等），单点接地就是保证每个环只能有一点与地线连接。
如果环路中出现图五中的多点接地，在此处就有可能形成干扰源，而采用单点接地的环路之间互相不影响。
结束语
为什么需要PFC？
PFC电路其有显著如下好处：
校正感性/容性负载的电流相位
降低电力线上消耗无用的功率
消除由传统整流滤波电路中的滤波电容对电网产生的窄而陡的电网电流脉冲
现在国家强制要求75瓦以上电源应搭载PFC电路，所以良好的PFC电路设计很重要。与此同时将良好的设计转化成产品的Layout也就自然变得很重要。
在PCB布线和布局中有很多诀窍及关键知识点，这需要长时间地琢磨与实践。笔者把多年积累的一点心得贡献给大家以供探讨，不足之处敬请指正！
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产品型号
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品类
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Current(A)
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Voltage(V)
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Package
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Application
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VF(V)@25℃
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VF @125℃
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IR(uA)25℃
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IFSM(A)
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Tj（℃）
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TSR6T600ACT
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二极管
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TO-220AC
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类碳化硅
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2.0@6A
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1.5@6A
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1
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0.03
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-65 to +175
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选型表 - 沃尔德 立即选型
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产品型号
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品类
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Current(A)
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Voltage(V)
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Package
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Application
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VF(V)@25℃
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VF @125℃
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IR(uA)25℃
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IR(uA)125℃
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IFSM(A)
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Tj（℃）
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ES1D-SMA
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快恢复二极管
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1
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超快恢复
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0.95@1A
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0.85@1A
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100
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30
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-50 to +150
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选型表 - 沃尔德 立即选型
【元件】沃尔德通用型快恢复二极管拥有低VF值和低IR，反向恢复时间35～500ns，可灵活匹配各类电源设计
在高速发展的电子世界中，每一个微小元件都至关重要。沃尔德的通用型快恢复二极管，犹如一颗璀璨之星，专为提升产品效率和可靠性而精心打造。它具备卓越性能，为您的设备带来质的飞跃。欢迎深入了解，让它成为您电子设备的强大助力！
产品 发布时间 : 2024-10-23
森国科第五代TMPS碳化硅二极管KS06065D应用于讯天宏100W 3C1A氮化镓充电器设计
充电头网的拆解报告显示：东莞市讯天宏智能科技推出的一款氮化镓充电器的PFC升压整流管采用了森国科第五代TMPS碳化硅二极管：型号为KS06065D，耐压650V，正向电流6A，最高工作温度175℃，采用PDFN5*6封装。
应用方案 发布时间 : 2024-01-05
电源设备高效节能之选：沃尔德150V Low VF肖特基二极管
在当今全力追求高效、节能的时代，用户对于高效能的需求日益旺盛，呈现出持续增长的趋势。在高电压输出、高功率以及高效率的电源应用中，沃尔德150V Low VF肖特基二极管已然成为众多电源设备的不二之选。
产品 发布时间 : 2024-10-22
【应用 】沃尔德高浪涌软桥WRABS20MG用于努比亚双口氮化镓充电器，具有较软的恢复曲线和平滑的关断特性
努比亚大白20W双口氮化镓充电器其中内部电路板使用了一颗来自深圳市沃尔德实业有限公司高浪涌软桥WRABS20MG，这颗软桥具有更高浪涌特性和较软的恢复曲线，比较平滑的关断特性，可以降低二极管结电容达到非常少的谐波振荡产生的效果。
应用方案 发布时间 : 2022-08-28
沃尔德整流桥WRABS20M用于智融30W移动电源+充电器二合一混动双模充方案，规格为2A 1000V
智融30W氮化镓充电器+移动电源二合一方案内部使用芯片全部来自智融科技，其中整流桥来自沃尔德，型号WRABS20M，规格为2A 1000V。这颗软桥通过较软的恢复曲线，比较平滑的关断特性，可以降低二极管结电容达到非常少的谐波振荡产生的效果。
应用方案 发布时间 : 2024-07-23
沃尔德半导体发布“NEWP®”快恢复二极管专属品牌
沃尔德半导体发布“NEWP®”快恢复二极管专属品牌。NewP®代表着行业创新的崭新力量，专注于快恢复二极管的研发与生产，致力于为现代电子设备提供高效、可靠的元器件。
原厂动态 发布时间 : 2024-10-19
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整体外形尺寸小至0.6*0.3*0.3mm (DFN0603)，工作电压范围覆盖2.5V~36V，电容值低至0.2pF，浪涌能力最高可达240安培，静电等级可达空气放电、接触放电±30KV。提供免费浪涌测试仪、静电测试仪测试。
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可定制LAMP LED、 CHIP LED、 PLCC LED、 汽车用车规级LED、COB LED的尺寸/电压/电流等参数，电压1.5-37V，电流5-150mA，波长470-940nm。
最小起订量： 30000 提交需求>
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