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開關電源的布線規則是什么?

  開關電源發(fa)展至今,外圍電(dian)(dian)路已經(jing)相當簡潔(jie),特(te)(te)別(bie)是DC-DC電(dian)(dian)源系(xi)統,通(tong)常僅由(you)芯片(pian)、電(dian)(dian)感(gan)、肖特(te)(te)基(ji)、電(dian)(dian)容(rong)、電(dian)(dian)阻等幾個器件(jian)構成,呈現(xian)出一副簡單易用(yong)的樣(yang)子(zi)。但是很多(duo)工程師在實(shi)際(ji)應用(yong)時(shi)或(huo)多(duo)或(huo)少吃過虧,明(ming)明(ming)按(an)照原廠提供的電(dian)(dian)路去制作產(chan)品(pin),卻會(hui)出現(xian)各(ge)種各(ge)樣(yang)的問題,如(ru)系(xi)統不(bu)能正常帶載大電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)感(gan)有噪聲、輸出電(dian)(dian)壓不(bu)穩(wen)或(huo)波紋過大、產(chan)品(pin)已經(jing)量產(chan)但在運(yun)行(xing)一段時(shi)間后出現(xian)不(bu)良(liang)。通(tong)常情況(kuang)下,以上不(bu)良(liang)現(xian)象均是由(you)于前期在繪制PCB板時(shi),沒有按(an)照開(kai)關(guan)電(dian)(dian)源布線規則(ze)來執行(xing)造成。


  當設計產品時,風險最低且最優的辦法是直接將DEMO板上的電路走線直接拷貝到自己的產品中,但現實操作中由于種種原因這種做法不可行,需要工程師重新擺放元器件位置,重新進行布線。
  1.輸入端電容與肖特基擺放
  對于開關電源來說,輸入端通常采用電解電容與陶瓷電容組合使用(主要是經濟實惠),電容具有儲能與濾波作用,電解電容給芯片提供瞬態電流,確保輸入端電壓不出現較大波動,陶瓷電容用來濾除輸入端高頻毛刺電壓,給芯片內部邏輯電路提供純凈電源。因此在布局過程中,擺放好IC的位置后,就應該確定陶瓷電容的位置,使陶瓷電容靠近芯片的VIN與GND引腳;并且注意避免通過過孔進行連接,因為過孔會產生寄生電感,嚴重影響陶瓷電容濾波效果。對于降壓電源來說,輸入端電流為不連續電流,根據公式V=L*didt可知,變化的電流會在寄生電感上產生毛刺電壓,若處理不好,此毛刺電壓會影響系統穩定性,并導致IC失效。在使用條件不變的情況下,di/dt基本不會變化,只好通過降低開關電流回路上的寄生電感來降低此毛刺電壓。要降低寄生電感,就要降低電流回路長度,縮短開關電流回路長度的方法是,將輸入端電解電容靠近芯片的VIN和肖特基的陽極,芯片的SW引腳靠近肖特基的陰極。這樣最大限度的降低其寄生電感,減少毛刺電壓,提高系統穩定性,并可以降低輻射EMI。
  2.電感與輸出電容的擺放
  為減少系統回路上噪聲和電磁輻射,不僅要減少開關電流回路長度,還要縮短大電流回路,并且大電流走線要采用敷銅處理,敷銅不要有銳角,盡量少打彎,盡量不換層,若走線必須得換層處理,需要適當增加過孔數量,這樣可以減少過孔帶來的寄生電感。可以將電感靠近芯片SW,輸出電容靠近電感和肖特基陽極。若輸出電容位置不當,會導致輸出電壓不穩。
  3.反饋電阻擺放及走線
  系統回路中反饋走線也很重要,FB引腳負責調整,穩定輸出電壓,CS引腳負責調整,穩定輸出電流,為防止反饋引腳撿取到電路上噪聲,應盡可能減小FB與CS引腳節點。針對FB節點,需要讓分壓電阻靠近芯片的FB與GND引腳,針對CS節點,可以在靠近芯片CS引腳處串聯1K電阻,濾除干擾;并且反饋走線要遠離電感,肖特基,SW等開關節點,同時用GND走線包圍最佳。
  補充:
  部(bu)分(fen)工(gong)程師在(zai)制(zhi)作產(chan)(chan)品時(shi),為節約成(cheng)(cheng)本(ben),會使用(yong)單(dan)層走(zou)(zou)線(xian)來(lai)繪制(zhi)PCB文件。單(dan)面(mian)板(ban)(ban)雖(sui)然(ran)可(ke)以節約PCB成(cheng)(cheng)本(ben),但是不利(li)于PCB布線(xian),造成(cheng)(cheng)大(da)電(dian)流(liu)走(zou)(zou)線(xian)回路變(bian)長(chang);且(qie)同(tong)樣長(chang)度(du)的(de)走(zou)(zou)線(xian),在(zai)單(dan)面(mian)板(ban)(ban)上比在(zai)雙面(mian)板(ban)(ban)上產(chan)(chan)生(sheng)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感大(da)10倍以上。寄(ji)生(sheng)電(dian)感過(guo)(guo)大(da),產(chan)(chan)生(sheng)的(de)毛(mao)刺電(dian)壓(ya)嚴重影(ying)響系統性能,影(ying)響系統壽命。建(jian)議使用(yong)雙面(mian)板(ban)(ban)繪制(zhi)PCB文件,并適當(dang)增加過(guo)(guo)孔(kong)(kong)數量,減少(shao)過(guo)(guo)孔(kong)(kong)的(de)寄(ji)生(sheng)參數。

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