静触头

静触头显示了在一个PCB上输入电源(Vin)至负载(RL)的分歧走线体例。为了下降滤波电容器(C)的ESL，其引线长度应尽可能减短；而Vin。静触头正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽可能接近。 静触头电感高频滤波特性 　　图5中的电流环路类似于一匝线圈的电感。高频交换电流所发生的电磁场R(t)将环抱在此环路的外部和内部。如果高频电流环路面积(Ac)很大，就会在此环路的内外部发生很大的电磁干扰。  　　 　　电感的根基公式是 　　 　　从式(5)静触头可知，减小环路的面积(Ac)和增加环路周长(lm)可减小L。 　　电感通常存在等效并联电阻(EPR)和等效并联电容(Cp)二个寄生参数。图6是电感在分歧工作频率下的阻抗(ZL)。 　　 　　谐振频率(fo)可以从电感自身电感值(L)和它的等效并联电容值(Cp)取得，即 　　 　　当一个静触头电感工作频率在fo以下时，电感阻抗随频率的上升而增加，即  　　 　　当电感工作频率在fo以上时，电感阻抗随频率的上升而减小，即  　　 　　当电感工作频率接近fo时，电感阻抗就等于它的等效并联电阻(REPR)。 　　在开关电源中电感的Cp应该控制得越小越好。同时必须注意到，同一电感量的电感会由于线圈结构分歧而发生分歧的Cp值。图7就显示了同一电感量的电感在二种分歧的线圈结构下分歧的Cp值。图7(a)静触头电感的5匝绕组是按顺序绕制。这种线圈结构的Cp值是l匝线圈等效并联电容值(C)的1／5。图7(b)电感的5匝绕组是按交叉顺序绕制。其中绕组4和5放置在绕组1、2、3之间，而绕组l和5很是接近。这种线圈结构所产牛的Cp是1匝线圈C值的两倍。 　　 　　可以看到，相同电感量的两种电感的Cp值竟然相差达数倍。在高频滤波上如果一个电感的Cp值太大，高频噪音就会很容易地通过Cp直接耦合到负载上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功能。 　　图8显示了在一个PCB上Vin通过L至负载(RL)的分歧走线体例。为了下降电感的Cp,电感的二个引脚应尽可能远离。而Vin正极至RL和Vin负极至RL的走线应尽可能接近。 　　 　　电源排版根基要点2 电感的寄生并联电容应尽可能小，电感引脚焊盘之间的距离越远越好。 　　1.3 镜像面 　　电磁理论中的镜像面概念对设计者掌握开关电源的PCB排版会有很大的帮忙。图9是镜像面的根基概念。 　　 　　图9(a)是当直流电流在一个接地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回直流电流很是平均地散布在整个地层面上。图9(h)显示当高频电流在同一个地层上方流过时的情景。此时在地层上的返回交换电流只能流在地层面的中间而地层面的两边则完全没有电流。 一日．理解了镜像面概念，我们很容易看到在图10中地层面上走线的问题。接地层(Ground Plane)，没汁人员应该尽可能避免在地层上放置任何功率或信号走线。一旦地层上的走线破坏了整个高频环路，该电路静触头会产牛很强的电磁波辐射而破坏周边电子器件的正常工作。 　　电源排版根基要点3 避免在地层上放置任何功率或信号走线。 　　1．4 高频环路 　　开关电源中有许多由功率器件所组成的高频环路，如果对这△环路处婵得欠好的话，就会对电源的正常工作造成很大影响。为了减小高频环路所发生的电磁波噪音，该环路的面积应该控制得很是小。如图l1(a)所示，高频电流环路面积很大，就会在环路的内部和外部发生很强的电磁于扰。同样的高频电流，当环路面积设计得很是小时，如图11(b)所示，环路内部和外部电磁场相互抵消，整个电路会变得很是恬静。 　　电源排版根基要点4 高频环路的面积应尽可能减小。 　　 　　1.5 过孔和焊盘放置 　　许多设计人员喜欢在多层PCB卜放置良多过孔(VIAS)。可是，必须避免在高频电流返同路径上放置过量过。否则，地层上高频电流走线会遭到破坏。如果必须在高频电流路径上放置一些过孔的活，过孔之间可以留出一空间让高频电流顺利通过，图12显示了过孔放置体例。 　　 　　电源排版根基要点5 过孔放置不该破坏高频电流在地层上的流经。 　　设计者同时应注意分歧焊盘的形状会发生分歧的串连电感。图13显示了儿种焊盘形状的串连电感值。 　　 　　旁路电容(Decouple)的放置也要斟酌到它的串连电感值。旁路电容必须是低阻抗和低ESL乩的瓷片电容。但如果一个高品质瓷片电容在PCB上放置的体例不对，它的高频滤波功能也就消失了。图14显示了旁路电容静触头正确和毛病的放置体例。 　　 　　1．6 电源直流输出 　　许多开关电源的负载远离电源的输出端口。静触头为了避免输出走线受电源自身或周边电子器件所发生的电磁下扰，输出电源走线必须像图l5(b)那样靠得很近，使输出电流环路的面积尽可能减小。 　　 　　l.7 地层在系统板上的分隔 　　新一代电子静触头产品系统板上会同时有模拟电路、数字电路、开关电源电路。为了减小开关电源噪音对敏感的模拟和数字电路的影响，通常需要分隔分歧电路的接地层。如果选用多层PCB，分歧电路的接地层可由分歧PCB板层来分隔。如果整个产品只有一层接地层，则必须像图16中那样在单层中分隔。无论是在多层PCB上进行地层分隔仍是在单层PCB 上进行地层分隔，分歧电路的地层都应该通过单点与开关电源的接地层相连接。 　　电源排版根基要点6 系统板上分歧电路需要分歧接地层，分歧电路的接地层通过单点与电源接地层相连接。 　　 　　2、开关电源PCB排版例子 　　设汁人员应能在此线路图上区分出功率电路中元器件和控制信号电路中元器件。如果设计者将该电源中所有的元器件当作数字电路中的元器件来措置，则问题会相当严重。通常首先需要知道电源高频电流的路径，并区分小信号控制电路和功率电路元器件及其走线。一般来讲，电源的功率电路主要包含输入滤波电容、输出滤波电容、滤波电感、上下端功率场效应管。控制电路主要包含PWM控制芯片、旁路电容、自举电路、反馈分压电阻、反馈抵偿电路。 2.l 电源功率电路PCB排版 　　电源功率器件在PCB上正确的放置和走线将决定整个电源工作是否正常。设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的波形有一一定的了解。 　　 　　图18显示一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。由于从输入滤波电容(Cin)，上端场效应管(S1)和F端场效应管(S2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交换电流，所以由Cin-S1-S2所形成的环路面积要尽可能减小。同时由S2，L和输出滤波电容(Cout)所组成的环路面积也要尽可能减小。 　　 　　如果设汁者未按本文所述的要点来制作功率电路PCB，很可能制作出19所示的电源PCB，图19的PCB排版存在许多毛病： 　　**，由于Cin有很大的ESL，Cin的高频滤波能力根基上消失； 　　第二，Cin-S1-S2和S1-LCout环路的面积太大，所发生的电磁噪音会对电源自己和周边电路造成很大于扰； 　　第三，L的焊盘靠得太近，造成Cp太大而下降了它的高频滤波功能； 　　第四，Cout焊盘引线太长，造成FSL太大而失去了高频滤波线。  　　Cin-S1-S2和S2-L-Cout环路的面积已控制到*小。S1的源极，S2的漏极和L之问的连接点是一整块铜片焊盘。由于该连接点上的电压是高频，S1、S2和L需要靠得很是近。虽然L和Cout之间的走线上没有高峰值的高频电流，但比较宽的走线可以下降直流阻抗的损耗使电源的效率取得提高。如果成本上允许，电源可用一面完全是接地层的双面PCB，但必须注意在地层卜尽可能避免走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改良电源的高频滤波性能。 　　2.2 电源静触头控制电路PCB排版 　　电源控制电路PCB排版也是很是重要的。不公道的排版会造成电源输出电压的漂移和振荡。控制线路应放置在功率电路的边上，**不克不及放在高频交换环路的中间。旁路电容要尽可能接近芯片的Vcc和接地脚(GND)。反馈分压电阻*好也放置在芯片四周。芯片驱动至场效应管的环路也要尽可能减短。 　　电源排版根基要点7 控制芯片至上端和下端场效应管的驱动电路环路要尽可能短。 　　 　　2.3开关电源PCB排版例1 　　图21是静触头图17 PCB的元器件面走线图。此电源中采取了一个低价PWM控制器(Semtech型号SCIIO4A)。PCB下层是一个完整的接地层。此PCB功率地层与控制地层之间没有分隔。可以看到该电源的功率电路由输入插座(PCB左上端)通过输入滤波电容器(C1，C2，)，S1，S2，L1，输出滤波电容器(C10,C11,C12,C13)，一直到输出插座(PCB右下端)。SCll04A静触头被放置在PCB的左下端。因为，在地层上功率电路电流欠亨过控制电路，所以，无需要将控制电路接地层与功率电路接地层进行分隔。如果输入插座是放置在PCB的左下端，那么在地层上功率电路电流会直接通过控制电路，静触头这时就有需要将两者分隔。 　　

企业名片