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开關電源的布線規則是什麼?

  开關電源發展至今,外圍電路已经相當簡潔,特别是DC-DC電源系統,通常僅由芯片、電感、肖特基、電容、電阻等幾個器件構成,呈現出一副簡單易用的樣子。但是很多工程師在實際應用時或多或少吃過虧,明明按照原廠提供的電路去制作産品,卻會出現各種各樣的問題,如系統不能正常帶載大電流、電感有噪聲、輸出電壓不穩或波紋過大、産品已经量産但在運行一段時間後出現不良。通常情況下,以上不良現象均是由于前期在繪制PCB闆時,沒有按照开關電源布線規則来執行造成。


  當設計産品時,風險最低且最優的辦法是直接将DEMO闆上的電路走線直接拷貝到自己的産品中,但現實操作中由于種種原因这種做法不可行,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
  對于开關電源来說,輸入端通常采用電解電容與陶瓷電容組合使用(主要是经濟實惠),電容具有儲能與濾波作用,電解電容給芯片提供瞬态電流,确保輸入端電壓不出現較大波动,陶瓷電容用来濾除輸入端高頻毛刺電壓,給芯片内部邏輯電路提供純淨電源。因此在布局過程中,擺放好IC的位置後,就應該确定陶瓷電容的位置,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,因为過孔會産生寄生電感,嚴重影響陶瓷電容濾波效果。對于降壓電源来說,輸入端電流为不連續電流,根據公式V=L*didt可知,變化的電流會在寄生電感上産生毛刺電壓,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,隻好通過降低开關電流回路上的寄生電感来降低此毛刺電壓。要降低寄生電感,就要降低電流回路長度,縮短开關電流回路長度的方法是,将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。这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
  为減少系統回路上噪聲和電磁輻射,不僅要減少开關電流回路長度,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,需要适當增加過孔數量,这樣可以減少過孔帶来的寄生電感。可以将電感靠近芯片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,为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,濾除幹擾;并且反饋走線要遠離電感,肖特基,SW等开關節點,同時用GND走線包圍最佳。
  補充:
  部分工程師在制作産品時,为節約成本,會使用單層走線来繪制PCB文件。單面闆雖然可以節約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,在單面闆上比在雙面闆上産生的寄生電感大10倍以上。寄生電感過大,産生的毛刺電壓嚴重影響系統性能,影響系統壽命。建議使用雙面闆繪制PCB文件,并适當增加過孔數量,減少過孔的寄生參數。

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