2023 05月03日
作者: 小白哥
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DC-DC开关电源布线布局

1.布局规划

对于多层板,很好的方法是在大电流的功率元件层与敏感的小信号走线层之间布放直流地或直流输入/输出电压层,使其免受高噪声功率走线和功率元件的干扰。

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上图(a)和(c)分别是六层和四层开关电源的不良层结构。这些结构将小信号层夹在大电流功率层和地层之间,因此增加了大电流电压功率层与模拟小信号层之间耦合的电容噪声。图中的(b)和(d)则分别是六层和四层设计的良好结构,有助于最大限度减少层间耦合噪声,地层用于屏蔽小信号层 。要点是:一定要挨着外侧功率级层放一个接地层,外部大电流的功率层要使用厚铜箔,尽量减少PCB传导损耗和热阻。

2.功率级的布局

下图(a)给出了高电流路径中的寄生电感。由于存在寄生电感,因此脉冲电流路径不仅会辐射磁场,而且会在走线和MOS管上产生大的电压振铃和尖刺。为尽量减小PCB电感,脉冲电流回路(所谓热回路)布放时其走线要短而宽。高频去耦电容CHF应为0.1uF~10uF,X5R或X7R的陶瓷电容,它有极低的ESL(等效串联电感)和ESR(等效串联电阻)。Y5V的陶瓷电容可能使电容值在不同电压和温度下有大的下降,因此不是CHF的最佳材料。

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上图(b)为降压转换器中的关键脉冲电流回路提供了一个布局例子。为了限制电阻压降和过孔数量,功率元件都布放在电路板的同一面,功率走线也都布在同一层上 。 当需要将某根电源线走到其它层时,要选择在连续电流路径中的一根走线。当用过孔连接大电流回路中的PCB层时,要使用多个过孔,尽量减小阻抗。

3.高dv/dt开关区

SW节点的电压有很大的dv/dt。这个结点上有丰富的高频噪声分量,是一个强大的EMI噪声源。为了尽量减小开关结点与敏感走线之间的耦合电容,你可能会让铜箔面积尽可能小。但是,为了传导大的电感电流,并且为功率管提供散热区,SW结点的区域又不能够太小。一般建议在开关结点下布放一个接地铜箔区,提供额外的屏蔽。

总结:

1.电流瞬间变化的走线要尽可能宽而短。因为在走线中产生很大的di/dt,由于PCB走线的寄生电感,根据v=Ldi/dt,这会导致产生不小的电压尖峰。
2.考虑到电感产生的电磁场会影响附近电路和敏感走线,应将其置于远离IC处,特别要远离反馈走线。
3.通过将两条电流走线平行布置,流过它们的电流大小相等而方向相反,从而使磁场大大削弱进而减小寄生电感。为加强互耦以消去磁场,这些走线应尽量宽些。
4.反馈走线若吸收噪声,就会使输出电压产生偏移。应使反馈走线尽量短,并远离噪声源和磁场源。
5.输出电容器和输入电容器应该靠近IC放置,布线应该短而宽,以降低阻抗和减少噪声耦合。
6.对噪声敏感的IC引脚,尤其是当其具有大输入阻抗时,要确保器件与其之间的走线要短并增大同层走线的间距,以最小化寄生电容,避免噪声通过寄生电容耦合到这些走线。
7.模拟信号地(AGND)和功率地(PGND)要分离,最后进行单点连接。


  

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