開關(guān)電源供應(yīng)器的布線方式
出處:wgrren 發(fā)布于:2008-05-23 14:39:58
設(shè)計(jì)高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源供應(yīng)器時(shí),線路布局是相當(dāng)重要的一環(huán)。好的線路布局可以解決許多電源供應(yīng)器的問(wèn)題;設(shè)計(jì)不夠周到的線路布局會(huì)產(chǎn)生各式各樣的問(wèn)題。這種問(wèn)題尤其容易在高電流操作的環(huán)境下產(chǎn)生,而當(dāng)輸入/輸出電壓之間出現(xiàn)較大差異時(shí),這些問(wèn)題會(huì)變得更明顯。經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題包括:高輸出電流及/或較大的輸入/輸出電壓差操作時(shí)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)現(xiàn)象、輸出及開關(guān)波形出現(xiàn)過(guò)多噪音以及操作不穩(wěn)定等現(xiàn)象。以下將針對(duì)布線提供幾個(gè)簡(jiǎn)單的建議,以便將這些問(wèn)題出現(xiàn)的可能性減到。
電感器
盡量采用內(nèi)含閉環(huán)式鐵氧磁芯的低電磁干擾電感器,例如環(huán)形線圈及 E 磁芯電感器。當(dāng)這些電感器只產(chǎn)生極微量的電磁干擾,而且置于離低功率線跡(trace) 及元件較遠(yuǎn)的位置時(shí),則可改用開放式磁芯。采用開放式磁芯時(shí),南北磁極與印刷電路板垂直。長(zhǎng)條型磁芯通常會(huì)產(chǎn)生令人煩厭的噪音。
反饋電路
布線時(shí)要讓反饋線跡盡量遠(yuǎn)離電感器以及會(huì)產(chǎn)生大量噪音的供電線跡。應(yīng)盡量為反饋線跡選擇直接的路線,而且線跡直徑應(yīng)盡量加大。若二者不可兼得,便要作出某一程度的取舍,但無(wú)論如何線跡應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電感器及其他噪音源,以免受到電磁或噪音干擾,線跡厚度的重要性反而較為次要。反饋線跡設(shè)于印刷電路板沒有裝設(shè)電感器的一面,并以地線層將兩者分開。
濾波電容器
采用低電容陶瓷輸出濾波電容器時(shí),應(yīng)盡量將電容器置于接近電源供應(yīng)芯片輸入電壓 (VIN) 管腳的位置。這樣可以盡量抑制來(lái)自線跡的電感效應(yīng),為電源供應(yīng)芯片的內(nèi)部干線提供較少噪音干擾的電源供應(yīng)?;诜€(wěn)定性的理由,部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)有時(shí)需要采用將輸出端與反饋管腳連接一起的前饋電容器。即使在這個(gè)情況下,前饋電容器也應(yīng)盡量置于接近電源供應(yīng)芯片的位置。采用表面貼裝的電容器有助縮短引線的長(zhǎng)度,以及減少通孔安裝元件通過(guò)天線效應(yīng)所產(chǎn)生的噪音耦合。
補(bǔ)償電路
若為確保系統(tǒng)穩(wěn)定性而需要采用外部補(bǔ)償元件,則必須將這些元件置于電源供應(yīng)芯片附近。外部補(bǔ)償電路也應(yīng)采用表面貼裝元件,理由與濾波電容器一節(jié)所討論的相同。這些表面貼裝元件也不應(yīng)太過(guò)接近電感器。
線跡及地線層 (GND)
必須盡量縮短及加大所有傳送高電流的供電線跡,并且盡量為其選擇直接的路線。線跡必須符合的大小標(biāo)準(zhǔn),以標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板來(lái)說(shuō),其線跡的每安培(Ampere)大小不能低于15mils(0.381mm)。電感器、輸出電容器以及輸出二極管應(yīng)盡量彼此靠近,這樣既可減低供電線跡傳送高開關(guān)電流時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾,又可減低引線電感及電阻,從而減少噪音尖峰、振鈴振蕩以及會(huì)引致電壓出現(xiàn)誤差的電阻損耗。電源供應(yīng)芯片、輸入電容器及輸出電容器以及輸出二極管 (若適用) 等的接地全部應(yīng)互相靠緊,并直接連接地線層。印刷電路板兩面都設(shè)有地線層,以減低接地環(huán)路出現(xiàn)錯(cuò)誤,也可接收較多電感器產(chǎn)生的電磁干擾,可以進(jìn)一步減低噪音。對(duì)于兩層以上的多層式電路板來(lái)說(shuō),地線層的設(shè)置可以將裝設(shè)了供電線跡及元件的供電層與裝設(shè)了反饋電路、補(bǔ)償電路及元件的信號(hào)層分開,以便提高性能。多層式電路板必須設(shè)有通孔,以連接線跡及不同板面層。若連接不同板面層的線跡要承受較大的電流量,為每200mA的電流分配一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通孔。
電路板上的元件應(yīng)該小心布置,確保所有開關(guān)電流環(huán)路在轉(zhuǎn)向時(shí)都彎向同一方向。開關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行開關(guān)操作時(shí),會(huì)輪流處于兩種不同的電源狀態(tài),即開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)。無(wú)論處于哪一狀態(tài),總會(huì)有電源管理元件正在通電,形成電流環(huán)路,因此將電源管理元件放在恰當(dāng)?shù)奈恢茫_保無(wú)論在開啟還是關(guān)閉狀態(tài),電流環(huán)路的電流都以同一方向流過(guò)環(huán)路,以免線跡在兩個(gè)半周期之間產(chǎn)生磁場(chǎng)逆轉(zhuǎn),這樣有助減低電磁干擾。
散熱功能
若采用表面貼裝電源管理集成電路或外置式電源開關(guān),印刷電路板可以協(xié)助芯片散熱。其辦法非簡(jiǎn)單,只要將印刷電路板的銅墊用作導(dǎo)熱體,便可協(xié)助散發(fā)芯片的熱能。若要利用印刷電路板為某一芯片散熱,可先參閱該芯片的產(chǎn)品資料介紹。這樣可以無(wú)需裝設(shè)外置式散熱器。
以上的建議適用于任何電感式開關(guān)電源供應(yīng)器,其中包括降壓、升壓、回掃、反相降壓/升壓以及SEPIC等電源供應(yīng)器。這些建議也適用于可與開關(guān)穩(wěn)壓器或開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器搭配一起使用、而本身則內(nèi)含反饋控制電路的線性穩(wěn)壓器。
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