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为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

作者:衡丽电子

以MPS提供的设计建议来看,总结几点;

1、输入电容尽可能靠近IN和GND引脚,连接线尽可能短、粗,回路面积小;

2、SW、BST线路远离敏感区域,电感靠近SW放置,之间铺铜粗;

3、FB走线轨迹尽可能短,反馈电阻靠近芯片引脚;

4、等等。

一般在PCB布局的过程中都会遵从这些原则,秉承着多问几个为什么的原则,原厂为什么要提出这些建议,不执行这些建议又会产生怎样的影响?

要想明白这些问题,心中要有“环”和“节点”。开关管导通和关断的回路是不同的,有不同的回路,那面积也可以是不同的。

为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

开关管在导通和关断的过程中,在输入回路和开关节点产生了电流的突变和电压的突变,也就是我们常说的di/dt,dv/dt信号,这就导致出现了开关频率及其倍频,还有更多的高频噪声分量,会产生EMI的干扰。

为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

那在PCB设计过程中出现了较大的回路,会产生什么影响呢?

从di/dt分析来看,交变的电流会产生磁场,那么在这个回路中产生的磁场会随电流变化而变化,dI/dt越大,那么回路内的磁场也会剧烈变化,磁生电,电生磁,就形成电磁辐射了,这个辐射也叫做差模辐射,主要以磁场空间耦合为主。

为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

辐射强度E,电流I,环路面积A,电流频率f,测试点离环路距离R。

从公式看出,辐射强度的大小与电流大小、回路面积大小成正比。一句话概括,高频电流环路形成的磁场大小取决于环路面积和电流的大小。

从dv/dt分析来看,开关管不断导通和截止,这个位置的电压波形是矩形波,会产生比较宽频段的高频谐波分量。在开关节点处,走线的长度和宽度都会存在分布电容,谐波成分会通过分布耦合电容进入大地,形成共模辐射。

为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

di/dt,dv/dt产生的原理不同,差模辐射强度减小需从环路面积和电流大小、频率角度来处理,电流的大小基于负载情况,而环路面积在走线过程中是可以控制尽量减小。

以MPQ4430布局来看回路面积的大小问题。

为何DC/DC电源绘制PCB时需减小回路

1、输入电容尽可能靠近开关管放置,减小环路;

2、输入电容对称放置,形成两个小环路,减小环路的辐射量;

3、开关结点的面积减小,减小电感尺寸,减小分布电容;

4、环路底层铺完整的地平面,形成的感应电流抵消高频环路产生的磁场;

总结在PCB布局的过程中,心中要清楚回路,了解在动态变化中电流如何流,在这个过程中去解决关键的环路。结合电流的路径也就明白官方数据手册提供的Layout建议了,实际工程中灵活变通。

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