关于Buck和Boost是的,我写了几篇文章,但很少提到PCB Layout,这篇就说说PCB Layout。
很多DCDC芯片手册对应PCB Layout有的还会提供一些设计要求Layout示意图,都是的。
比如我随便列几点
1.输入电容器和二极管IC尽量在同一面IC最近处。
2感接近芯片SW,输出电容靠近电感放置。
反馈电路远离电感,SW噪声源,如二极管。
由于芯片管脚分布的问题,如果得到具体的芯片,?
比如下面这个buck,它的。
SW在IN和GND在此之间,如果输入滤波电容按要点直接放置IN和GND旁边,那么SW信号出不来,电感也需要放在芯片旁边,这是矛盾的。
让我们看看这个
推荐芯片手册layout都放在附近,但它的方法是SW在输入滤波电容器下行走,
我们不能使用芯片手册推荐的方法,但事实上,这种管脚分布的芯片很多,
我不会先回答这个问题。让我告诉你一个最基本的方法:
。我们。
让我们看看为什么
以BUCK为例,BUCK电路有上管导通和下管(或二极管)导通两种状态,因此有两种大电流环路。
电流环产生的高频磁场将离开环路 0.16λ 之后逐渐转化为电磁场,由此形成的场强约为:
可以看到,。
是的,但我想是的,。
从拓扑图可以看出,这两个环路有一个公共部分,一个环路包含另一个环路,这可能导致大环路的电流不同于设备节点,因此不计算。
所以,我们
辐射的原因是电流产生磁场,电流变化,所以磁场也变化。电流周围的区域磁场生电场和电场生磁场会随电流动态变化而变化。
我们把那个,如下图:
整个大环可以看作是原因和叠加。
。
其实这只是一种等效的方法,我们的,这样,我们就可以在等效后找到输入环和输出环的磁通量。
等效电流是
电路等效电流为
它们都是只看交流,直流分量不管,直流的频率看成是0Hz,电磁波不会辐射。
之前我们的《》已分析输入环路电流(Cin)输出环路电流(电感)分别如下:
可见,开关切换时,的,也就是说,会有很多di/dt,那么输入环的磁通量也是突变的(准确地说,变化速度很快),有很多高次谐波。
从之前的公式可以看出,辐射强度与频率成正比,因此。
输出环的电流为三角波,无突变,因此高谐波辐射强度较小。
的确,三角波的频谱是无限的,但频率越高,,也就是说,高频分量能量少,辐射少。
关于这一点,我们就知道了。
:
输入电流(输入电容电流)和输出电流(电感电流波形)如下:
有了波形,我们来看看fft看频谱:
可见,基频是BUCK芯片LTC3307A的开关频率2Mhz,2Mhz两者之间的强度差大,只有2-3个db但在10左右Mhz当时已经相差20了db频率越高,差别越大。
也就是说,,如果你有经验,你应该知道这是造成的EMI超标一般是高频超标,所以。
我在这里花了一些时间来解释:
。
,,两者还是有区别的。有时候短线不一定是小环路,我们的。
我们尽量把布局走线变成扁平的形状。
我们回到,输入环指的是什么?
显然,芯片的开关管在芯片内部,所以,除芯片外,设备只输入滤波电容器。
所以,从这个角度来看,芯片手册推荐layout符合这一点,但这样做之后,SW出不来。
这颗dcdc芯片推荐layout输入环路确实是最小的保证。只是它会SW信号在输入滤波电容器下行走,这个实际电路通常是不可行的,因为电容器下面根本不能走宽线。
我估计会有人认为会,在Vin和GND滤波电容器放置在管脚正下方,通过孔连接,使环路看起来相对较小。
我的看法是
因为过孔会有寄生电感,增加过孔会增加这个环的电感,导致发生LC振荡。直接现象是SW产生高振铃,这意味着谐振频率的信号重量很强。
也就是说,虽然环路面积小,天线效应不强,但我的信号强度变大了,辐射也不一定差。
关于振铃,我以前专门写过。《》,可以去看看。
许多年前,我遇到了一个输入滤波器电容器的电源芯片放在背面,通过孔连接,整个板的噪音很大,过滤器容直接手动跨到Vin和GND上面,立马问题就没了。
当时我还不懂,觉得不可思议,打孔的数量并不少,滤波电容也是在底部就近放置的,居然还有问题,
后来还专门改板解决,直接将输入滤波电容与芯片同层,并在表层连接,问题就解决了。
如果是,那么就有一个,这个二极管构成了输入回路的一部分,那么它的位置,与输入滤波电容的重要性是同级别的,要放得离芯片的SW比较近,具体怎么摆,咱们看回路面积怎么小就知道了。
前面写了一堆,一直在强调输入环路,那
,其实从前面的fft也能看到,,只是它相对输入环路来说高频分量强度不高,在二者布局有矛盾的时候,当然是优先考虑输入环路。
总而言之,如果是我,我会将开头提到的BUCK这样Layout:
上面这是buck的一个情况,那么boost是怎么样的呢?
Boost也有两个环,是下图这样的
跟buck一样,我们把它们分为两个部分,输入环路和输出环路,可以看到,输出环路是上面两个环路的差值。
与buck不同的是,电感在输入环路,其电流波形是三脚波,而的电流就是二极管的电流,的。
之前《手撕Boost!Boost公式推导及实验验证》也已经全面分析了这两个电流,波形如下:
也就是说,。我们需要首先保障的是boost的输出环路尽量小。
具体实例就不举了。
除了大的电流回路,还有FB,补偿电路这些,是小信号电路,所以他们要等。
比如下面,就是左边比右边的好:
另外需要注意,关于大的电流回路,我们要把GND地看进去,不要用这些走线分割了大电流的回流地GND路径。
所以,你有的时候会看到,底层FB走线并不是最短的,而是绕了一下。
总的来说,DCDC的layout,我们要做到。
画板的时候,心里念叨一下,开关断开,电流咋咋咋流,开关导通,电流咋咋咋流。然后找到电流突变的那个环,那就是最重要的,得优先处理。
这个原则,其实不仅仅适用于dcdc,其它类型的电源,或者是大功率电路,都是如此的。
。
这种将关键环路做到最小,算是的产生,远比后期想不改板,然后七搞八搞要强。
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