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關(guān)于在開關(guān)模式電源印刷電路板上放置電感的指南

2020-11-04 20:22 來源:ADI 編輯:電源網(wǎng)

問題:

線圈應(yīng)該放在哪里?

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回答:

用于電壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器使用電感來臨時存儲能量。這些電感的尺寸通常非常大,必須在開關(guān)穩(wěn)壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務(wù)并不難,因為通過電感的電流可能會變化,但并非瞬間變化。變化只可能是連續(xù)的,通常相對緩慢。

開關(guān)穩(wěn)壓器在兩個不同路徑之間來回切換電流。這種切換非???,具體切換速度取決于切換邊緣的持續(xù)時間。電流流經(jīng)的走線稱為熱回路或交流電流路徑,其在一個開關(guān)狀態(tài)下傳導(dǎo)電流,在另一個開關(guān)狀態(tài)下不傳導(dǎo)電流。在PCB布局中,應(yīng)使熱回路面積小且路徑短,以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會產(chǎn)生無用的電壓失調(diào)并導(dǎo)致電磁干擾(EMI)。

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圖1.用于降壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器(帶如虛線所示的關(guān)鍵熱回路)。

圖1所示為一個降壓調(diào)節(jié)器,其中關(guān)鍵熱回路顯示為虛線??梢钥闯?,線圈L1不是熱回路的一部分。因此,可以假設(shè)該電感器的放置位置并不重要。使電感器位于熱回路以外是正確的——因此在第一個實例中,安放位置是次要的。不過,應(yīng)該遵循一些規(guī)則。

不得在電感下方(PCB表面或下方都不行)、在內(nèi)層里或PCB背面布設(shè)敏感的控制走線。受電流流動的影響,線圈會產(chǎn)生磁場,結(jié)果會影響信號路徑中的微弱信號。在開關(guān)穩(wěn)壓器中,一個關(guān)鍵信號路徑是反饋路徑,其將輸出電壓連接到開關(guān)穩(wěn)壓器IC或電阻分壓器。

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圖2.帶有線圈安放位置的ADP2360降壓轉(zhuǎn)換器的示例電路。

還應(yīng)注意,實際線圈既有電容效應(yīng),也有電感效應(yīng)。第一個線圈繞組直接連接到降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點,如圖1所示。結(jié)果,線圈里的電壓變化與開關(guān)節(jié)點處的電壓一樣強(qiáng)烈而迅速。由于電路中的開關(guān)時間非常短且輸入電壓很高,PCB上的其他路徑上會產(chǎn)生相當(dāng)大的耦合效應(yīng)。因此,敏感的走線應(yīng)該遠(yuǎn)離線圈。

圖2所示為ADP2360的示例布局。在本圖中,圖1中的重要熱回路標(biāo)為綠色。從圖中可見,黃色反饋路徑離線圈L1有一定距離。它位于PCB的內(nèi)層。

一些電路設(shè)計者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如,它們會在電感下方提供切口,即使在接地平面層中也是如此。其目標(biāo)是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法沒有錯,但也有爭論認(rèn)為,接地平面要保持一致,不應(yīng)中斷:

用于屏蔽的接地平面在不中斷時效果最佳。

PCB的銅越多,散熱越好。

即使產(chǎn)生渦流,這些電流也只能局部流動,只會造成很小的損耗,并且?guī)缀醪粫绊懡拥仄矫娴墓δ堋?

因此,我同意接地平面層,甚至是線圈下方,也應(yīng)保持完整的觀點。

總之,我們可以得出結(jié)論,雖然開關(guān)穩(wěn)壓器的線圈不是臨界熱回路的一部分,但不在線圈下方或靠近線圈處布敏感的控制走線卻是明智的。PCB上的各種平面——例如,接地平面或VDD平面(電源電壓)——可以連續(xù)構(gòu)造,無需切口。

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