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開關電源的布線規則是什么?

  開關電源發展(zhan)至今,外(wai)圍(wei)電(dian)(dian)路已(yi)經相當簡(jian)潔(jie),特別是DC-DC電(dian)(dian)源系(xi)統(tong),通(tong)常僅由芯片、電(dian)(dian)感、肖(xiao)特基(ji)、電(dian)(dian)容、電(dian)(dian)阻等幾個器件構成(cheng),呈現(xian)(xian)出(chu)(chu)(chu)一副簡(jian)單易用的樣子。但是很多(duo)工程師在(zai)實際(ji)應用時(shi)或(huo)多(duo)或(huo)少吃過(guo)虧,明(ming)(ming)明(ming)(ming)按照(zhao)原廠提(ti)供(gong)的電(dian)(dian)路去制作產品(pin)(pin),卻會出(chu)(chu)(chu)現(xian)(xian)各(ge)種(zhong)各(ge)樣的問題(ti),如系(xi)統(tong)不(bu)(bu)(bu)能正常帶載(zai)大(da)電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)感有噪聲、輸(shu)出(chu)(chu)(chu)電(dian)(dian)壓不(bu)(bu)(bu)穩或(huo)波紋過(guo)大(da)、產品(pin)(pin)已(yi)經量產但在(zai)運行一段(duan)時(shi)間后(hou)出(chu)(chu)(chu)現(xian)(xian)不(bu)(bu)(bu)良。通(tong)常情況下,以上不(bu)(bu)(bu)良現(xian)(xian)象均是由于前(qian)期(qi)在(zai)繪制PCB板(ban)時(shi),沒有按照(zhao)開(kai)關電(dian)(dian)源布線規(gui)則來執行造成(cheng)。


  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:
  部分工程師在制作產品時,為(wei)節(jie)約成(cheng)本,會使(shi)用單層走線來繪制PCB文(wen)件。單面板雖然可以節(jie)約PCB成(cheng)本,但是不(bu)利于PCB布線,造(zao)成(cheng)大電(dian)(dian)流走線回路變(bian)長;且同樣長度(du)的走線,在單面板上(shang)比在雙面板上(shang)產生(sheng)的寄生(sheng)電(dian)(dian)感大10倍以上(shang)。寄生(sheng)電(dian)(dian)感過大,產生(sheng)的毛刺電(dian)(dian)壓嚴重影(ying)響(xiang)系統性能,影(ying)響(xiang)系統壽命。建議使(shi)用雙面板繪制PCB文(wen)件,并適(shi)當增加過孔數量,減少過孔的寄生(sheng)參數。

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