開關電源的布線規則是什么?
開關電源發展至(zhi)今,外圍電(dian)路(lu)已經(jing)相當簡潔,特(te)別是DC-DC電(dian)源系統(tong),通(tong)常僅由芯片、電(dian)感、肖特(te)基、電(dian)容、電(dian)阻等(deng)幾個器件(jian)構成,呈現(xian)出一(yi)副簡單易(yi)用(yong)(yong)的(de)樣子。但是很(hen)多(duo)工程師在實(shi)際應用(yong)(yong)時或多(duo)或少吃過虧,明明按照原廠提(ti)供的(de)電(dian)路(lu)去(qu)制作產品,卻會出現(xian)各(ge)種各(ge)樣的(de)問題,如系統(tong)不能正常帶載大電(dian)流(liu)、電(dian)感有噪聲、輸出電(dian)壓不穩或波紋過大、產品已經(jing)量產但在運行(xing)一(yi)段時間后(hou)出現(xian)不良。通(tong)常情(qing)況下(xia),以上(shang)不良現(xian)象均是由于前期在繪(hui)制PCB板時,沒(mei)有按照開關電(dian)源布(bu)線規則來執行(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:
部分工程師在制作產品(pin)時,為節(jie)(jie)約成本,會使用單層走(zou)線來繪(hui)制PCB文件。單面板(ban)雖然(ran)可以節(jie)(jie)約PCB成本,但是(shi)不利于PCB布線,造(zao)成大(da)(da)電(dian)流走(zou)線回路(lu)變長;且同樣長度的走(zou)線,在單面板(ban)上比(bi)在雙(shuang)面板(ban)上產生(sheng)的寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)大(da)(da)10倍以上。寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)過大(da)(da),產生(sheng)的毛刺電(dian)壓嚴重影響系統性(xing)能,影響系統壽命。建議使用雙(shuang)面板(ban)繪(hui)制PCB文件,并適當(dang)增加過孔數量,減少過孔的寄(ji)生(sheng)參數。