24小时联系电话:18217114652、13661815404
中文
行业资讯
PCB布局挑战——改进您的开关模式电源设计
PCB布局挑战——改进您的开关模式电源设计
芯片制造商经常试图让设计师和爱好者使用现代Web应用程序甚至电源设计软件来实现大多数SMPS变得异常简单。备份软件的是应用笔记，建议其特定IC的正确PCB布局。
尽管当今的设计软件通常非常出色，但问题是大多数应用笔记都可能是错误的，至少部分如此。事实上，一些行业专家指出，在被证明正确之前，他们应该被认为是错误的 。
为了正确看待这个概念，我们可以回顾一下我最近的爱好者设计，它有这些隐藏的问题。它有效吗？绝对地。它会通过EMC辐射和传导发射吗？也许。
首先，让我们谈谈问题出在哪里，然后讨论我在设计中做的不好的地方以及如何改正它。
隐藏的PCB布局威胁——PCB耦合
与SMPS相关的EMC原则通常要求设计人员在SMPS布局中密切关注两个耦合因素，如图 1 所示：
电压开关节点，具有高 dv/dt
“热电流回路”，其中包含子系统中最高的 di/dt
图 1.显示降压转换器di/dt和dv/dt位置的示意图。
这里起作用的机制和风险是将不需要的能量以电容 (dv/dt)和电感 (di/dt)耦合到系统的其他部分，或者更糟的是，以辐射和传导发射的形式离开系统。
PCB设计后期制作回顾
深入研究该项目，我们将检查LM22678 5A 转换器的PCB布局（图 2），其V in为12 V（未显示）和V out为5 V。这是一个使用非同步降压转换器用于其低侧开关元件 的B130L-13-F肖特基二极管（是的，在您检查之前 - 系统消耗的电流低于二极管的 1 A 额定值！）。
图 2. 12 V至5 V非同步LM22678降压转换器的原理图。
最小化电容和电感耦合通常并不复杂，但很容易被忽视，从而导致排放测试失败和市场延迟。下面，在图3中，我们看到了用于非同步降压稳压器的TO-263封装的布局，其中确定了电压节点（红色轮廓）和热电流环路（黄色轮廓）。
图 3.具有低侧功率二极管的非同步降压稳压器设计。
为清楚起见，板上的铜填充物已被隐藏。总的来说，这种设计存在三个明显的问题：
高di/dt环路远大于所需的
没有过孔连接 C IN 或C OUT的GND节点（它们被接地覆盖）
开关节点可以更小
这些设计选择的最终效果意味着电流环路没有得到很好的控制，并且由于平面之间没有通孔，电流没有明确定义的路径返回源极。
对于 EMC——（电气）沉默是金
改进后的布局如下图4所示。它具有优化的电压节点、更小的热回路以及每个无源元件的第 2 层参考平面的通路。此外，初级C OUT电容器也相对于原始设计旋转了90度，从而降低了输出轨上的噪声风险。
图 4.改进后的布局考虑了耦合机制。
通过在开关引脚和电感器之间串联移动低端二极管，我们可以更好地限制由高 dv/dt 耦合效应产生的潜在串扰噪声。此外，通过减少热回路几何形状，高di/dt 磁场耦合的影响也降低了。
尽管这些变化很小，但它们不需要额外的电路板空间或改组其他子系统。然而，通过将电流环路减少约 50% 并优化电压节点，无疑增强了系统的合规性。
当您设计符合CISPR EMC 标准的商业产品时，每一个dBμV都很重要，设计阶段的微小变化可能意味着发布有利可图或错过市场窗口之间的差异。
关键要点
了解电流回路在开关电源中的流动位置
保持节点和回路的几何形状小，以减轻不必要的耦合效应
使 C IN 远离或 C OUT 有助于隔离电流环路感应场，并防止 dv/dt 串扰
将焊盘连接到通孔，而不仅仅是接地填充铜，以帮助限制返回电流