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开关电源之pcb布局的关键
来源:东莞市成良智能科技 发布时间:2019-12-17 点击量:1321
目前的开关电源等电子产品设计更精巧、性能也更强大,但其面临的挑战之一,在于不断加速的开关频率使得设计更加困难。布局正成为区分一个开关电源设计好坏的分水岭。本文将就如何在第一次就实现良好布局提出建议。Webench选项包括对体积或效率的设计最佳化,这些均为单一选项。即高效率要求低开关频率(降低FET内的开关损耗)。因此需要大容量的电感和电容,因而需更大开关电源之PCB空间。
接着,我们选择最小开关电源之PCB面积的最高开关频率。高开关频率最可能在布局方面产生问题。我们观察到两种不同情况:两种颜色区域和仅一种颜色的区域。我们必须特别关注后一种情况,因为此时电流在零以及满量程电压间交替变化。高di/dt的交流电在开关电源之PCB导线周围产生大量磁场,该磁场是该电路内其它组件甚至同一或邻近开关电源之PCB上其它电路的主要干扰源。由于假设公共电流路径不是交流电,因此它不是关键路径,di/dt的影响也小得多。另一方面,随着时间变化,这些区域的负载更大。
事实上,不应采用把导线和接地引至电容的所谓传统布局方法。这些导线应是流经大交流电的。将输出和接地直接连至电容端子是更好的方法。因此,交替变化的电流仅展现在电容上。连接电容的其它导线现在流经的几乎是恒定电流,且与di/dt相关的任何问题都已被解决。
虽然很小,但电路中的感应点将不会有稳定的参考接地。这样,整个稳压精密度将受到极大影响。另外,大电流连接必须用到连接地平面的过孔,而过孔是另一个干扰和噪声源。把CIN接地连接作为电路输入和输出侧所有大电流接地导线的星节点是更好的方案。星节点连接地平面及两个小电流接地连接(IC和分压器)。没有大电流、没有地弹跳。所有大电流地是以星型与CIN地连接起来的。所有设计师必须做的是使接地导线(全部在开关电源之PCB的第一层)尽可能短而粗。在这种背景下,若节省铜,基本上不会获得好结果。节点阻抗,应检查高阻抗节点,因为它们很容易被干扰。
关键节点是开关电源之元器件IC的反馈接脚,其讯号取自电阻分压器。FB接脚是放大器或比较器的输入(如采用磁滞稳压器的场合)。在两种情况,FB点的阻抗都相当高。因此,开关电源之电阻分压器应放置在FB接脚的右侧,从电阻分压器中间连一条短导线到FB。从输出到电阻分压器的导线是低阻抗,且可用较长导线连至电阻分压器。此处的重点是布线方法而非导线长度。其它节点就不是如此关键了。所以不必忧虑开关节点、二极管、COUT、开关IC的VIN接脚或CIN。
开关电源之PCB布局的布线手法会为电阻分压器带来差别。该导线从COUT连至电阻分压器,其接地回到COUT。我们必须确保该回路不会形成一个开放区域。开放区域会产生接收天线的作用。若我们能保证导线下的地平面是没被干扰的,则由导线和其下的接地以及level1和level2间形成的区域应是不受干扰的。现在,我们可得知为何接地不应放在level4,因为距离显着增加了。
另一种方式是电阻分压器的地连接可布线至level1,使两条导线平行并尽可能靠近以使区域更小。这些观察适用于讯号流经的全部导线:传感器连接、放大器输出、ADC或音讯功率放大器的输入。对每个模拟讯号,都要处理得使其不太容易导入噪声。
只要有可能,就尽量最小化开放区域的这个要求,对低阻抗导线也同样适用;在这种情况下,我们有一个向开关电源之PCB其它部分或其它设备发射干扰讯号的潜在源(天线)。
以下两条导线也很关键:从开关电源之元器件IC的开关输出到二极管和电感节点;从二极管到该节点。这两条导线都有很高的di/dt:无论是开关导通还是二极管流过电流,所以导线应尽可能短而粗。从节点到电感以及从电感到COUT的导线就不那么关键。
若你遵循几个简单规则,则开关电源之PCB布局将不会遇到麻烦。在动手布局前,开关电源之PCB布局将事半功倍,有助于节省处理开关电源异常所需花费的时间。
接着,我们选择最小开关电源之PCB面积的最高开关频率。高开关频率最可能在布局方面产生问题。我们观察到两种不同情况:两种颜色区域和仅一种颜色的区域。我们必须特别关注后一种情况,因为此时电流在零以及满量程电压间交替变化。高di/dt的交流电在开关电源之PCB导线周围产生大量磁场,该磁场是该电路内其它组件甚至同一或邻近开关电源之PCB上其它电路的主要干扰源。由于假设公共电流路径不是交流电,因此它不是关键路径,di/dt的影响也小得多。另一方面,随着时间变化,这些区域的负载更大。
事实上,不应采用把导线和接地引至电容的所谓传统布局方法。这些导线应是流经大交流电的。将输出和接地直接连至电容端子是更好的方法。因此,交替变化的电流仅展现在电容上。连接电容的其它导线现在流经的几乎是恒定电流,且与di/dt相关的任何问题都已被解决。
虽然很小,但电路中的感应点将不会有稳定的参考接地。这样,整个稳压精密度将受到极大影响。另外,大电流连接必须用到连接地平面的过孔,而过孔是另一个干扰和噪声源。把CIN接地连接作为电路输入和输出侧所有大电流接地导线的星节点是更好的方案。星节点连接地平面及两个小电流接地连接(IC和分压器)。没有大电流、没有地弹跳。所有大电流地是以星型与CIN地连接起来的。所有设计师必须做的是使接地导线(全部在开关电源之PCB的第一层)尽可能短而粗。在这种背景下,若节省铜,基本上不会获得好结果。节点阻抗,应检查高阻抗节点,因为它们很容易被干扰。
关键节点是开关电源之元器件IC的反馈接脚,其讯号取自电阻分压器。FB接脚是放大器或比较器的输入(如采用磁滞稳压器的场合)。在两种情况,FB点的阻抗都相当高。因此,开关电源之电阻分压器应放置在FB接脚的右侧,从电阻分压器中间连一条短导线到FB。从输出到电阻分压器的导线是低阻抗,且可用较长导线连至电阻分压器。此处的重点是布线方法而非导线长度。其它节点就不是如此关键了。所以不必忧虑开关节点、二极管、COUT、开关IC的VIN接脚或CIN。
开关电源之PCB布局的布线手法会为电阻分压器带来差别。该导线从COUT连至电阻分压器,其接地回到COUT。我们必须确保该回路不会形成一个开放区域。开放区域会产生接收天线的作用。若我们能保证导线下的地平面是没被干扰的,则由导线和其下的接地以及level1和level2间形成的区域应是不受干扰的。现在,我们可得知为何接地不应放在level4,因为距离显着增加了。
另一种方式是电阻分压器的地连接可布线至level1,使两条导线平行并尽可能靠近以使区域更小。这些观察适用于讯号流经的全部导线:传感器连接、放大器输出、ADC或音讯功率放大器的输入。对每个模拟讯号,都要处理得使其不太容易导入噪声。
只要有可能,就尽量最小化开放区域的这个要求,对低阻抗导线也同样适用;在这种情况下,我们有一个向开关电源之PCB其它部分或其它设备发射干扰讯号的潜在源(天线)。
以下两条导线也很关键:从开关电源之元器件IC的开关输出到二极管和电感节点;从二极管到该节点。这两条导线都有很高的di/dt:无论是开关导通还是二极管流过电流,所以导线应尽可能短而粗。从节点到电感以及从电感到COUT的导线就不那么关键。
若你遵循几个简单规则,则开关电源之PCB布局将不会遇到麻烦。在动手布局前,开关电源之PCB布局将事半功倍,有助于节省处理开关电源异常所需花费的时间。
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