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【电源专题】BOOST转换器Layout指南

PCB Layout它是板卡级制造和原理图设计的桥梁,是实现性能和可靠性的重要一步。只有桥梁稳定,原理图才能真正实现为合格的板卡。

对于所有开关电源,特别是在高频和高电流下工作的电源,PCB合理的布局和布线是非常重要的一步。PCB引入不稳定的开关波型,输出动态特性差,电磁干扰(EMI)问题。也可能导致IC直接损坏,产品设计失败。

一个良好的PCB Layout人员应了解很多相关知识,如叠层、板材、设备特性、电路原理、软件使用、结构设计等。然后在开关电源中BOOST如何去转换器?Layout?有什么注意事项吗?

PCB在设计中,首先要考虑叠层。对于下图中的四层板,主装置层为Layer一楼,电源模块一般放置在这一层,使用GND平面将主装置层与小信号分开(如左图),可防止电源干扰高速小信号(如模块使能脚、电源反馈脚、ADC检测脚、模拟信号、高速信号等)。

除了良好的叠层设计,如果铜的厚度较大,也可以减少PCB传导损耗,优化电源热设计。

开关稳压器的热回路是什么?如何优化热回路?正如我们所说:由于上下管的导通和关闭,开关稳压器具有连续的开关电流。这些电流通常相对较大,时间较短。电流流动时,会产生磁场,开关电源上快速变化的大电流会产生交变磁场。如果电流路径上有较大的寄生电感,则会导致电压失衡。电流将容性耦合到相邻的电路部件中,以增加电源的噪声和辐射。

下图是典型的非隔离升压拓扑:

蓝线是一条连续的电流路径。红线是一条非连续的电流路径,即热回路。具体拓扑知识请参阅历史文章快速链接中的电源主题。

下图Lpara1/Lpara2/Lpara3为PCB为了保证芯片内部热回路上的寄生电感最小,输出电容必须靠近下管MOS管道(Q),防止寄生电感高电源di/dt在电流路径中产生高峰并通过功率MOS管、开关节点(SW)尖峰和振铃可能会导致EMI噪声和功率MOS管的损坏。

所以PCB Layout寄生效应要尽量减少,BOOST转换器的功率MOS、肖特基二极管和输出电容应尽可能靠近,输出电容应选择低ESR和ESL陶瓷电容器(可选X5R或X7R)。

如下图所示,输电容和芯片GND尽量靠近,最大限度地减少热环路。

不当的电容放置如下图所示:

a.使用细(10mil)接线连接到输出电容器 ,这样会导致PCB布线寄生电感大,输出压降大,可能影响整个电源环路径响应。

b.输出电容远离输出和GND管脚,增加寄生电感。

c.用热风焊盘连接输出电容器 ,增加寄生电感。

d.输出连接到GND换层和过孔的数量很少,导致功率损失更高,寄生电感更大。

如果使用铝电解电容器,添加0402陶瓷电容器有助于减少寄生电感吗?Layout 如图所示。

答:1nF到100nF减少陶瓷电容PCB寄生电感没有帮助。因为主电流将流过铝电解电容。

开关节点SW脚很大EMI噪声需要尽可能短的连接SW脚和电感,防止与其他信号线或节点耦合。通过更大的功率电流,铜皮应该足够宽。缓冲电路有助于减少重载下的开关节点EMI,应该将此电路放在离开关节点尽可能近的地方,减小环路面积和寄生电感。在电感和缓冲电路下方应有一个完整的GND参考平面,有助于增加屏蔽效果。如下图所示:

反馈网络对噪声特别敏感。由于反馈网络在输出分压后获得小电压,进入芯片内部误差放大器与参考基准进行比较,因此应将反馈器放置在芯片附近FB反馈管脚,不要靠近开关节点网络,防止开关节点产生的噪声干扰反馈电路。

通过增加芯片管脚和PCB连接铜皮面积或增加铜皮厚度,多打GND孔到其它层,以提高芯片的散热能力,增强热设计。

时间:2021.04.15 作者:李光熠

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标签: c电源连接器r

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