PCB新聞 - DC-DC電源PCB佈局

DC-DC開關電源的效能與開關電源的佈局密切相關 PCB板. 考慮到快速切換, 開關DC-DC中的功率通過電流和散熱, 不合理的佈局和佈線將極大地影響電源的效能，並形成嚴重的雜訊源.

layout:
In the layout of the switching regulator, 交流路徑的佈局極為重要, 直流路徑可以作為次要考慮因素, 但迴響訊號路徑是整個DC-DC電源的唯一關鍵訊號.
我們都知道PCB上的痕迹有電感, 約20nH/英寸. 只要有電流流過軌跡, 將產生感應電壓, 但是電壓值並不取決於電流的大小，而是取決於電流的變化率, V = L*(dI/dt). 因此, 交流路徑在 PCB設計, 特別是對於使用高速開關管的DC-DC集成電路, dI/dt將非常高. NS (National Semiconductor) gives a rough figure: "For a typical buck converter, 交流部分的電流變化為1.關閉過程中負載電流的2倍, 負載是接通過程中的負載. 0.電流的8倍.-在這裡, 交流路徑的軌跡必須盡可能短, 包括GND引脚的軌跡. 雖然流過GND引脚的電流非常小, 開關管的開關過程將重繪通過GND引脚的電流. 電流將變得非常陡峭. 這意味著輸入電容器和旁路電容器應盡可能靠近IC, 尤其是降壓集成電路.
IC周圍的空間有限, 輸入電容器和旁路電容器不能同時靠近集成電路, 尤其是輸入電容器相對較大.
首先, 瞭解輸入電容器的作用，使輸入到集成電路的電壓盡可能穩定，並减少電壓波動. 事實上, 可以說，一個大的輸入電容器可以被視為電路板上的總電源. 同時, the equivalent series resistance (ESR) and equivalent series inductance (ESL) of the input capacitor may be very high, 這將在集成電路的輸入功率引脚處引起高頻輸入電壓紋波. 囙此，輸入電容器可以放置在距離集成電路約1英寸的範圍內.
旁路電容器必須盡可能靠近IC的輸入電源引脚. 用於短插腳或無插腳的旁路手電筒, 一般為0.1uF或0.使用47uF陶瓷電容器, 哪個對高頻紋波濾波效果更好. Short pins or no pins will reduce the parasitic inductance (ESL) of the capacitor. 同時, 通常使用的包裝是1206, X7R型. 如果使用小包裝尺寸, 電容器的ESL和ESR將新增. 通常地, 這種旁路電容器需要放置在集成電路的電源引脚旁邊.
對於DC-DC開關電源, 將有一個箝比特二極體, 其放置位置也至關重要. 由於箝比特二極體的一端連接到IC的SW引脚, 該引脚的訊號為矩形波. 如果跟踪太長, 它的電感很容易拾取雜訊, 它將被添加到SW訊號中以形成雜訊尖峰. 箝比特二極體佈局的基本點是將其放置在靠近集成電路的位置, 並使用短而寬的軌跡直接連接集成電路的SW引脚和GND引脚.
確定放置輸入旁路電容器和箝比特二極體後, 其他設備的佈局開始. 連接輸入旁路電容器和箝比特二極體的軌跡應盡可能短和寬, 並且在連接到集成電路的路徑上不應該有任何通孔. 對於SMT PCB板, 這意味著它們需要與集成電路位於同一層. 這裡沒有通孔. 這只是意味著不應在IC之間的跟踪中使用過孔, 輸入旁路電容器, 和鉗比特二極體. 旁路電容器和鉗比特二極體的焊盤通過而不是連接的軌跡連接.

wiring:
Many times we have misused copper pour. GND平面或VCC平面銅澆注沒有問題. 它可以降低電流回路阻抗, 並可作為關鍵訊號的參攷，以减少干擾. 但是對於剛才佈局中提到的鉗比特二極體佈線, 它應該短而寬, 但不盡可能寬. 軌跡短且易於理解. 每個人都會意識到這樣做, “20nH”的經驗法則/英寸”表示軌跡的電感與長度成正比. 但是軌跡電感不是與寬度成反比嗎? 通常很多人憑直覺認為是這樣. According to Trace inductance formula:
L = 2l * [ln(2l/w)-0.5 + 0.2235 * (w/l)]
It can be seen that the inductance value and the trace width are non-linear. 為了减少寄生電感的影響, 擴大痕迹應該是最後的手段. 第一步應該是减少軌跡的長度. 特別地, 箝比特二極體連接到SW引脚. 因為電壓本身是一種開關波形, 如果用過寬的銅澆注代替痕迹, 它將被視為天線，並引入電磁干擾問題. 對於交換機節點, 最佳選擇是將其周圍銅箔的尺寸控制在實際要求的最小範圍內.
用銅線代替電源線是佈局中非常常見的現象. 據信，銅板鋪設越大, 可承載的電流越大. 事實上, it should be that the larger the cross-sectional area (width * thickness) of copper, 組織長度的軌跡電阻越小, 產生的熱量越小. 電流處理能力本質上是跟踪的溫昇問題. 我們應該使用定量計算來確定軌跡的電源部分的大小, 不應過度鋪設銅. 通常地, 30°C到40°C的溫昇是可以接受的, and it is also affected by the surrounding heating devices and must not exceed the rated temperature of the epoxy resin board (FR4 needs to be kept below 120°C).
A rule of thumb: For moderate temperature rise (below 30°C) and current is less than 5A
For 1oz copper, use a copper foil with a width of at least 12mil for 1A current
For 2oz copper, use at least 7mil copper foil for 1A current
GND plane, 儘量保持地平面完好無損, 不要在地平面上分裂或佈線電線, 但用雙面板很難做到這一點. The 多層PCB板 必須遵守這一原則. 但有時需要劃分數位領域, 類比接地或高低壓接地層, 有必要劃分地平面, 但最終, 必須通過磁珠或0歐姆電阻器連接兩個單獨的接地板，以保持電力連接和一致性. 完整的地平面對於 PCB板 抗干擾和阻抗控制, 因為它是訊號的參攷和返回路徑.
DC-DC開關電源中的迴響電路是訊號線中唯一的關鍵訊號. 有兩種解決方法：1. 使用盡可能短的迴響軌跡，以最小化拾取的雜訊； 2 遠離雜訊源, 例如電感器或二極體. 有時為了避免雜訊源, 跟踪也需要更長時間.