DC-DC电源PCB布局布线 dc电源

DC-DC开关电源的性能与PCB的布局布线有紧密联系。由于开关式的DC-DC会有快速的开关切换、电源通过电流和散热的考虑,布局布线不合理将大大影响电源性能,且会形成一个严重的噪声源。

布局:
开关稳压器的布局中,交流通路的布局极为重要,而直流通路可以次要考虑,但反馈信号路劲是整个DC-DC电源的唯一关键信号。
我们都知道,PCB上的Trace都存在电感,大约是20nH/inch,只要有电流流经Trace就会产生感应电压,但该电压值不是取决于电流的大小而是取决于电流的变化率,V=L*(dI/dt)。所以,交流通路在PCB设计上很重要,特别是使用高速开关管的DC-DC集成电路,dI/dt会很高。NS(美国国家半导体)给出了一个粗略数字:“对于典型的降压变换器,交流部分的电流变化量在开关管关断过程中是负载电流的1.2倍,在开关管导通过程是负载电流的0.8倍。”在这里,交流通路的Trace必须尽量短,包括GND引脚的Trace,虽然流经GND引脚的电流很小,但开关管开关切换过程会通过GND引脚来刷新电流,电流就会变得很陡峭。这些意味着输入电容、旁路电容应该尽量靠近IC放置,特别对于降压IC。
IC周围空间是有限的,输入电容和旁路电容不可能同时都靠近IC放置,特别是输入电容体积相对大。
首先,了解输入电容的作用,是使输入的到IC的电压尽量平稳,减少电压的波动,其实应该可以讲大的输入电容看为板上的总电源。同时输入电容的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)可能会非常高,这会造成IC的输入电源引脚有高频输入电压纹波。所以输入电容可以放置在距离IC大约1inch范围内放置。
旁路电容则必须尽量靠近IC的输入电源引脚。具有短引脚或无引脚的旁路电筒,一般采用0.1uF知0.47uF的陶瓷电容,对滤除高频纹波效果较好。短引脚或无引脚则会减小电容的寄生电感(ESL),同时一般使用的封装为1206,X7R类型,若使用小的封装尺寸则电容的ESL和ESR会增大。一般IC的电源引脚旁都需要放置这样的旁路电容。
对于DC-DC开关电源中会有一个钳位二极管,它的放置位置也很关键。由于钳位二极管一端是连接IC的SW引脚,该引脚的信号为矩形波,若Trace过长,其电感就会很容易拾取到噪声,附加在SW信号中,形成噪声尖峰。钳位二极管的布局基本要点是紧靠IC放置,并采用短且宽的Trace直接连接IC的SW引脚和GND引脚。
当输入旁路电容和钳位二极管确定好放置位置后,才开始布局其他器件。连接输入旁路电容和钳位二极管的Trace应尽量短且宽,而且连接到IC的通路中不应出现任何通孔,对于SMTPCB而言意味着它们需要和IC处于同一层上。这里不出现通孔仅仅指IC与输入旁路电容、钳位二极管之间的Trace中不应打VIA,但若是双面或多层板,需要通过VIA连接GND、PowerLayers的话,可以在靠近输入旁路电容和钳位二极管的PAD旁打VIA,而不是连接的Trace中。

布线:
很多时候我们都误用了覆铜,对于GND平面或VCC平面覆铜是没问题的,可以减小电流回路阻抗,且能作为关键信号的参考,减少干扰。但对于刚刚布局中提到的钳位二极管布线要短且宽,但不是越宽越好。Trace短很容易理解,大家都会意识到这样做,“20nH/inch”的经验法则就表面Trace电感与长度成正比。但是不是Trace电感就与宽度成反比呢?通常很多人都会直观地觉得是的。根据Trace电感公式:
L = 2l * [ln(2l/w) - 0.5 + 0.2235 * (w/l)]
DC-DC电源PCB布局布线 dc电源
可以看出电感值和Trace宽度是非线性关系。为了减少寄生电感效用而加宽Trace应该是最后才采用的无奈之举,第一步应该是减少Trace长度。特别是钳位二极管连接SW引脚部分,由于本身电压是开关波形,如果用过宽的覆铜代替Trace,则会被看成是天线,引入EMI的问题。对于开关节点,最好的选择是将其周围的铜箔尺寸控制在实际要求的最小范围内。
电源线以覆铜代替是Layout中很常见的现象。认为铺铜大越好,能走的电流就越大。其实,应该是铜的截面积(宽度*厚度)越大,每单位长度Trace电阻越小,从而发热越小,电流处理能力本质是Trace的温升问题。我们应该通过定量计算来确定电源部分Trace的尺寸,而不应过分铺铜。一般30℃~40℃的温升是可以接受的,同时也受周边发热器件的影响,肯定不能超过环氧树脂板的额定温度(FR4需要保持在120℃以下)。
一个经验法则:对于中等温升(低于30℃)且电流小于5A时
对于1ozcopper,1A电流至少用12mil宽的铜箔
对于2ozcopper,1A电流至少用7mil款的铜箔
GND平面,尽量要保持地平面的完整,不要分割或在地平面上走线,但双面板较难做到这点。而多层板是必须要遵守这个原则的。但有时需要划分数字地、模拟地或高低压地平面时,是需要分割地平面的,但最终必须通过磁珠或0ohm电阻连接两个分离的地平面,保持电气上的连接和一致。完整的地平面对于PCB抗干扰和阻抗的控制很重要,因为它是信号的一个参照和回流路径。
DC-DC开关电源中的反馈线路是信号线中唯一的关键信号。这里有两个方法解决:1.尽可能用短反馈Trace,从而将拾取的噪声降到最低;2.远离噪声源,如电感或二极管。有时为了避开噪声源,Trace走得长一些也是需要的。

  

爱华网本文地址 » http://www.413yy.cn/a/25101010/24460.html

更多阅读

台式电脑,如何选择电源 台式电脑电源功率选择

台式电脑,如何选择电源——简介春节快到了,需求DIY台式电脑的知友越来越多,在确定台式电脑五大件(CPU、主板、硬盘、内存、显卡)的同时,对电源的选择也不可忽略,主要是如何确定电源功率的大小。下面介绍一种粗略估算电源功率的方法,供知友们

Orcad 16.3 安装经历 orcad16.3安装教程

Orcad 16.3 安装经历——简介目前进入我国的主流板级系统EDA软件主要为Cadence Orcad,Altium Designer,Multisim:Orcad使用Pspice仿真器,具有仿真精度高、速度快的特点;Altium Designer是强大的PCB layout布局布线工具;Multism作为一种虚

DC-DC全桥变压器工作原理 全桥电路工作原理图

学完电机学以为终于理解变压器了,可是当看DC-DC全桥变压器部分时,却对变压器产生了无数的疑惑,怎么完全不像我想像的那样。变压器一次侧是一个方波电压,晕菜,方波电压加到变压器上会后果如何,书上还真没讲过。如图呵,当Q1,Q4导通时,AB之间

DC/DC变换器的--类型 双向dc dc变换器

全桥DC/DC变换器的电路图全桥DC/DC 变换器的电路如图所示。全桥DC/DC变换器多用于大功率等级的电源中,其主要特点有:第一,变压器利用率比较高,空载能量可以反馈给电网,电源效率高;第二,稳态无静差,动态响应速度快,系统稳定,抗高频干扰能力强。图

声明:《DC-DC电源PCB布局布线 dc电源》为网友凝尛妞分享!如侵犯到您的合法权益请联系我们删除