今天主要是關于:開關模式電源設計改進。
通常工程師在 SMPS布局中都會密切關注2個耦合因素,如下圖所示:
電壓開關節(jié)點,具有高dv/dt
熱電流環(huán)路,包含子系統(tǒng)中最高的di/dt
顯示降壓轉換器di/dt和dv/dt位置的示意圖
這里起作用的機制和風險是將不需要的能量通過電容(dv/dt)和電感(di/dt)耦合到系統(tǒng)的其他部分,或者以輻射和傳導發(fā)射的形式耦合到系統(tǒng)之外。
二、PCB設計檢查
這里檢查LM22678 5A轉換器的PCB布局,其Uin 為12V,Uout為5V。這是一個非同步降壓轉換器,使用B130L-13-F肖特基二極管用于其低側開關元件。
12V 至 5V 異步 LM22678 降壓轉換器原理圖
最大限度地減少電容和電感耦合并不是復雜,但是很容易被忽略,從而導致PCB出問題,進而導致產(chǎn)品被推遲。
下圖中,可以看到非同步降壓穩(wěn)壓器的TO-263封裝的布局,其中標出了電壓節(jié)點(紅色輪廓)和熱電流環(huán)路(黃色)。
采用低側功率二極管的非同步降壓穩(wěn)壓器設計
為了看得更清楚,PCB上的銅填充已經(jīng)被隱藏,這個設計存在3個明顯問題:
1、高 di/dt 環(huán)路遠大于其需要的值
2、沒有過孔連接 Cin 或 Cout的 GND 節(jié)點(被過孔覆蓋)
3、交換節(jié)點可以更小
上面這個設計說明,電流環(huán)路沒有得到很好的控制,并且由于平面之間缺乏通孔,電流沒有明確定義的返回源路徑。
三、對于EMC
改進后的布局如下圖所示:
優(yōu)化了電壓節(jié)點,更小的熱環(huán)路以及每個無源組件對第2層參考平面。
此外初級Cout電容也相對于原始設計旋轉的了90°,降低了輸軌道上的噪聲風險。
改進的布局考慮了耦合機制
通過將低側二極管串聯(lián)移動到開關引腳和電感之間,可以更好地限制dv/dt 耦合效應產(chǎn)生的潛在串擾噪聲。
此外,通過減小熱環(huán)路幾何形狀,可以降低高di/dt磁場耦合的影響。
雖然說這些變化很小,但是不需要對額外PCB空間或其他子系統(tǒng)進行該改變。但是通過減少約50%的電流環(huán)路和優(yōu)化節(jié)點,增強了系統(tǒng)合規(guī)性。
四、主要要點:
了解開關模式電源中電流環(huán)路的流動位置
保持節(jié)點和環(huán)路幾何形狀較小,以減輕不必要的耦合效應
使 Cin遠離或 Cout以幫助隔離電流環(huán)路感應場,并防止 dv/dt 串擾
將焊盤連接到過孔,而不僅僅是接地填充銅,以幫助限制返回電流
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:開關電源設計PCB布局改進(圖文+案例分析)
文章出處:【微信號:dianyuankaifa,微信公眾號:電源研發(fā)精英圈】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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