开关电源的布线规则是什么?

  开关电源发展至今,外围电路已经相当简洁,特别是DC-DC电源系统,通常仅由芯片、电感、肖特基、电容、电阻等几个器件构成,呈现出一副简单易用的样子。但是很多工程师在实际应用时或多或少吃过亏,明明按照原厂提供的电路去制作产品,却会出现各种各样的问题,如系统不能正常带载大电流、电感有噪声、输出电压不稳或波纹过大、产品已经量产但在运行一段时间后出现不良。通常情况下,以上不良现象均是由于前期在绘制PCB板时,没有按照开关电源布线规则来执行造成。


  当设计产品时,风险最低且最优的办法是直接将DEMO板上的电路走线直接拷贝到自己的产品中,但现实操作中由于种种原因这种做法不可行,需要工程师重新摆放元器件位置,重新进行布线。
  1.输入端电容与肖特基摆放
  对于开关电源来说,输入端通常采用电解电容与陶瓷电容组合使用(主要是经济实惠),电容具有储能与滤波作用,电解电容给芯片提供瞬态电流,确保输入端电压不出现较大波动,陶瓷电容用来滤除输入端高频毛刺电压,给芯片内部逻辑电路提供纯净电源。因此在布局过程中,摆放好IC的位置后,就应该确定陶瓷电容的位置,使陶瓷电容靠近芯片的VIN与GND引脚;并且注意避免通过过孔进行连接,因为过孔会产生寄生电感,严重影响陶瓷电容滤波效果。对于降压电源来说,输入端电流为不连续电流,根据公式V=L*didt可知,变化的电流会在寄生电感上产生毛刺电压,若处理不好,此毛刺电压会影响系统稳定性,并导致IC失效。在使用条件不变的情况下,di/dt基本不会变化,只好通过降低开关电流回路上的寄生电感来降低此毛刺电压。要降低寄生电感,就要降低电流回路长度,缩短开关电流回路长度的方法是,将输入端电解电容靠近芯片的VIN和肖特基的阳极,芯片的SW引脚靠近肖特基的阴极。这样最大限度的降低其寄生电感,减少毛刺电压,提高系统稳定性,并可以降低辐射EMI。
  2.电感与输出电容的摆放
  为减少系统回路上噪声和电磁辐射,不仅要减少开关电流回路长度,还要缩短大电流回路,并且大电流走线要采用敷铜处理,敷铜不要有锐角,尽量少打弯,尽量不换层,若走线必须得换层处理,需要适当增加过孔数量,这样可以减少过孔带来的寄生电感。可以将电感靠近芯片SW,输出电容靠近电感和肖特基阳极。若输出电容位置不当,会导致输出电压不稳。
  3.反馈电阻摆放及走线
  系统回路中反馈走线也很重要,FB引脚负责调整,稳定输出电压,CS引脚负责调整,稳定输出电流,为防止反馈引脚捡取到电路上噪声,应尽可能减小FB与CS引脚节点。针对FB节点,需要让分压电阻靠近芯片的FB与GND引脚,针对CS节点,可以在靠近芯片CS引脚处串联1K电阻,滤除干扰;并且反馈走线要远离电感,肖特基,SW等开关节点,同时用GND走线包围最佳。
  补充:
  部分工程师在制作产品时,为节约成本,会使用单层走线来绘制PCB文件。单面板虽然可以节约PCB成本,但是不利于PCB布线,造成大电流走线回路变长;且同样长度的走线,在单面板上比在双面板上产生的寄生电感大10倍以上。寄生电感过大,产生的毛刺电压严重影响系统性能,影响系统寿命。建议使用双面板绘制PCB文件,并适当增加过孔数量,减少过孔的寄生参数。

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