当开关电源遇到纹波问题时人们习惯于从原理图上找问题并试图通过更改原理设计解决纹波问题。这个思路不是不对只是一般思路,合理的原理设计是任何硬件系统稳定的第一必要条件。
任何原理设计转化为实体才有意义而实体转化后的载体就是PCB,对于任何硬件系统PCB的设计及其重要,开关电源当然也不例外。我想通过几个常用的电源拓扑讨论一下开关电源布线是应该注意的几个问题。
开关转换发生在开关状态发生逆转的瞬间,这个时间一般小于100ns,但绝大多数干扰洞发生在这个阶段。实际上开关电源的噪声和基本开关频率关系不大,而往往是开关转换的时间越短产生的纹波问题越多。
下面我们看几个常见的开关电源拓扑的电流分布情况以指导布线。
1、boost
在开关变换时间内只含有开关导通或开关关闭电流部分的电流变化率会很大(用微分模型表示就是dI/dt 会很大。)这样就会产生大的压差,V=L*dI/dt
L是pcb的寄生电感,20nH/inch
这个V是一个尖峰这个尖峰一旦产生不仅会影响到电源输入输出特性而且如果渗透到IC控制单元,可能是控制功能失常,产生更加不靠谱的杂乱纹波。
针对boost 芯片开关管道到电感,开关管到地硬要足够粗足够短,然后肖特基管道电容沿用这一思路。电感之前不是特别关键但线宽也最好按照 1oz 铜皮每0.5mm宽 1A近似算下。
2、buck
由BUCK的拓扑我们可以看到从原始电源到肖特基管中间都是关键走线,可以往往原始电源和我们开关电源的距离不是我们能控制的,这时一定要有足够大容量的前滤波电容在开关管之前而且距离要短。输入滤波电容的ESR指标也要在考虑范围之内。
3、buck-boost
这个东西除了电感回路都是关键电路所以布局布线要格外用心,前滤波后滤波都关键,开关管(电源IC),肖特基布局要紧凑。
另外:mosfet的开关时间远小于bjt所以对于mosfet的电源芯片更要注意以上布线规则。
***要避免使用宽线宽来弥补长线距的不足,始终要要把合理布局缩短线距作为首要考虑的。因为如果线长度大了寄生电感一定会变大,宽线宽只能减小串联电阻。而且对于电压周期变化的导线(比如buck开关到二极管之间)电压时周期跳动的,是存在交变电场的,如果增大了它的面积它会向外辐射电磁波。引起空间辐射干扰。
|