開關(guān)電源的布線規(guī)則是什么?
開關(guān)電源發(fā)展至今,外圍電路已經(jīng)相當(dāng)簡潔,特別是DC-DC電源系統(tǒng),通常僅由芯片、電感、肖特基、電容、電阻等幾個(gè)器件構(gòu)成,呈現(xiàn)出一副簡單易用的樣子。但是很多工程師在實(shí)際應(yīng)用時(shí)或多或少吃過虧,明明按照原廠提供的電路去制作產(chǎn)品,卻會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題,如系統(tǒng)不能正常帶載大電流、電感有噪聲、輸出電壓不穩(wěn)或波紋過大、產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)但在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)不良。通常情況下,以上不良現(xiàn)象均是由于前期在繪制PCB板時(shí),沒有按照開關(guān)電源布線規(guī)則來執(zhí)行造成。
當(dāng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),風(fēng)險(xiǎn)最低且最優(yōu)的辦法是直接將DEMO板上的電路走線直接拷貝到自己的產(chǎn)品中,但現(xiàn)實(shí)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(jìn)行布線。
1.輸入端電容與肖特基擺放
對(duì)于開關(guān)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠),電容具有儲(chǔ)能與濾波作用,電解電容給芯片提供瞬態(tài)電流,確保輸入端電壓不出現(xiàn)較大波動(dòng),陶瓷電容用來濾除輸入端高頻毛刺電壓,給芯片內(nèi)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(yīng)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(jìn)行連接,因?yàn)檫^孔會(huì)產(chǎn)生寄生電感,嚴(yán)重影響陶瓷電容濾波效果。對(duì)于降壓電源來說,輸入端電流為不連續(xù)電流,根據(jù)公式V=L*didt可知,變化的電流會(huì)在寄生電感上產(chǎn)生毛刺電壓,若處理不好,此毛刺電壓會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,并導(dǎo)致IC失效。在使用條件不變的情況下,di/dt基本不會(huì)變化,只好通過降低開關(guān)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(guān)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(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)回路上噪聲和電磁輻射,不僅要減少開關(guān)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(dāng)增加過孔數(shù)量,這樣可以減少過孔帶來的寄生電感??梢詫㈦姼锌拷酒琒W,輸出電容靠近電感和肖特基陽極。若輸出電容位置不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)。
3.反饋電阻擺放及走線
系統(tǒng)回路中反饋?zhàn)呔€也很重要,F(xiàn)B引腳負(fù)責(zé)調(diào)整,穩(wěn)定輸出電壓,CS引腳負(fù)責(zé)調(diào)整,穩(wěn)定輸出電流,為防止反饋引腳撿取到電路上噪聲,應(yīng)盡可能減小FB與CS引腳節(jié)點(diǎn)。針對(duì)FB節(jié)點(diǎn),需要讓分壓電阻靠近芯片的FB與GND引腳,針對(duì)CS節(jié)點(diǎn),可以在靠近芯片CS引腳處串聯(lián)1K電阻,濾除干擾;并且反饋?zhàn)呔€要遠(yuǎn)離電感,肖特基,SW等開關(guān)節(jié)點(diǎn),同時(shí)用GND走線包圍最佳。
補(bǔ)充:
部分工程師在制作產(chǎn)品時(shí),為節(jié)約成本,會(huì)使用單層走線來繪制PCB文件。單面板雖然可以節(jié)約PCB成本,但是不利于PCB布線,造成大電流走線回路變長;且同樣長度的走線,在單面板上比在雙面板上產(chǎn)生的寄生電感大10倍以上。寄生電感過大,產(chǎn)生的毛刺電壓嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能,影響系統(tǒng)壽命。建議使用雙面板繪制PCB文件,并適當(dāng)增加過孔數(shù)量,減少過孔的寄生參數(shù)。