開關電源的布線規則是什么?
開關電源發(fa)展至今(jin),外(wai)圍電(dian)(dian)(dian)路已經(jing)相(xiang)當簡潔,特別是(shi)DC-DC電(dian)(dian)(dian)源系統,通常僅由芯(xin)片、電(dian)(dian)(dian)感、肖特基、電(dian)(dian)(dian)容、電(dian)(dian)(dian)阻等幾個器件構成,呈現(xian)出一(yi)副(fu)簡單易用(yong)的(de)樣(yang)子。但(dan)是(shi)很多工(gong)程師在實際(ji)應用(yong)時(shi)或多或少吃過(guo)虧,明明按照(zhao)原廠(chang)提供的(de)電(dian)(dian)(dian)路去制作產(chan)品(pin),卻會(hui)出現(xian)各種各樣(yang)的(de)問題(ti),如系統不能正常帶載大(da)電(dian)(dian)(dian)流(liu)、電(dian)(dian)(dian)感有噪(zao)聲、輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)不穩(wen)或波紋過(guo)大(da)、產(chan)品(pin)已經(jing)量產(chan)但(dan)在運行(xing)(xing)一(yi)段(duan)時(shi)間后(hou)出現(xian)不良。通常情況下,以上不良現(xian)象均(jun)是(shi)由于前期在繪(hui)制PCB板(ban)時(shi),沒有按照(zhao)開關(guan)電(dian)(dian)(dian)源布線規則(ze)來(lai)執行(xing)(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(gong)程(cheng)師在制(zhi)(zhi)作產品時(shi),為節約成本,會使(shi)用(yong)單(dan)層走(zou)線(xian)來繪制(zhi)(zhi)PCB文件。單(dan)面(mian)(mian)板雖然(ran)可以節約PCB成本,但是不利于PCB布線(xian),造成大電(dian)(dian)流走(zou)線(xian)回路變長;且同樣長度的(de)走(zou)線(xian),在單(dan)面(mian)(mian)板上(shang)比在雙(shuang)(shuang)面(mian)(mian)板上(shang)產生(sheng)的(de)寄生(sheng)電(dian)(dian)感(gan)大10倍以上(shang)。寄生(sheng)電(dian)(dian)感(gan)過(guo)大,產生(sheng)的(de)毛刺電(dian)(dian)壓嚴重(zhong)影(ying)響(xiang)系統性能,影(ying)響(xiang)系統壽命(ming)。建議(yi)使(shi)用(yong)雙(shuang)(shuang)面(mian)(mian)板繪制(zhi)(zhi)PCB文件,并適當增加(jia)過(guo)孔數量,減少過(guo)孔的(de)寄生(sheng)參(can)數。