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)路(lu)已(yi)經相當簡潔,特別是(shi)(shi)DC-DC電(dian)源系統(tong)(tong),通常僅(jin)由芯片、電(dian)感(gan)、肖特基、電(dian)容、電(dian)阻等幾個(ge)器件構成,呈現(xian)出(chu)一副簡單(dan)易(yi)用的(de)(de)樣子。但是(shi)(shi)很多工程(cheng)師在(zai)(zai)實(shi)際(ji)應用時(shi)或(huo)多或(huo)少吃過(guo)虧,明明按照原廠(chang)提供(gong)的(de)(de)電(dian)路(lu)去制作產品,卻會出(chu)現(xian)各種各樣的(de)(de)問題(ti),如(ru)系統(tong)(tong)不能正常帶載大(da)電(dian)流、電(dian)感(gan)有噪聲、輸(shu)出(chu)電(dian)壓不穩(wen)或(huo)波紋過(guo)大(da)、產品已(yi)經量(liang)產但在(zai)(zai)運(yun)行一段時(shi)間后出(chu)現(xian)不良(liang)。通常情(qing)況下,以上不良(liang)現(xian)象均是(shi)(shi)由于(yu)前期(qi)在(zai)(zai)繪制PCB板時(shi),沒有按照開關電(dian)源布線規則來執行造成。
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(zhi)作產(chan)品(pin)時,為節約(yue)成本,會使(shi)(shi)用單層走線(xian)來繪(hui)制(zhi)PCB文件。單面(mian)板(ban)(ban)雖然可以節約(yue)PCB成本,但是不(bu)利于PCB布線(xian),造成大(da)電(dian)流走線(xian)回路(lu)變長(chang);且同樣長(chang)度的(de)走線(xian),在單面(mian)板(ban)(ban)上(shang)比在雙面(mian)板(ban)(ban)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)寄(ji)(ji)生(sheng)電(dian)感大(da)10倍以上(shang)。寄(ji)(ji)生(sheng)電(dian)感過(guo)大(da),產(chan)生(sheng)的(de)毛刺電(dian)壓嚴重影(ying)響(xiang)系(xi)統性能,影(ying)響(xiang)系(xi)統壽命。建議使(shi)(shi)用雙面(mian)板(ban)(ban)繪(hui)制(zhi)PCB文件,并適當增加過(guo)孔數(shu)量,減少過(guo)孔的(de)寄(ji)(ji)生(sheng)參(can)數(shu)。