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开关电源布局

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开关电源布局


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以Buck电路为例,不管开关管是由闭合-打开还是打开-闭合,电流发生瞬变的部分都如图(c)所示,它们是会产生非常丰富的谐波分量的上升沿或下降沿。

通俗的讲,这些会产生瞬变的电流迹线(trace)就是所谓的“交流”(AC current),其余部分是“直流”(DC current)。当然这里交直流的区别不是传统教科书上的定义,而是指开关管的PWM频率只是“交流”FFT变换里的一个分量,而在“直流”里这样的谐波分量很低,可忽略不记。所以储能电感属于“直流”也就不奇怪,毕竟电感具有阻止电流发生瞬变的特性。

因此,在开关电源布局时,“交流”迹线是最重要和最需要仔细考虑的地方。这也是需要牢记的唯一基本定律(only basic rule),并适用于其它法则和拓扑。下图表示了Boost电路电流瞬变迹线,注意它和Buck电路的区别。

开关电源布局

1inch长,50mm宽,1.4mil厚(1盎司)的铜导线在室温下的电阻为2.5mΩ,若流过电流为1A,则产生的压降是2.5mV,不会对绝大部分IC产生不利影响。然而,这样1inch长的导线的寄生电感为20nH,由V=L*dI/dt可知,若电流变化快速,可能产生很大的压降。

典型的Buck电源在开关管由开-关时产生的瞬变电流是输出电流的1.2倍,由关-开是产生的瞬变电流是输出电流的0.8倍。FET型开关管的转换时间是30ns,Bipolar型的是75ns,所以开关电源“交流”部分1inch的导线,流过1A瞬变电流时,就会产生0.7V的压降。0.7V相比于2.5mV,增大了近300倍,所以高速开关部分的布局就显得尤为重要。

尽可能地把所有外围器件都紧密地放在转换器的旁边,减少走线的长度会是最理想的布局方式,但限于极其有限的布局空间,实际往往做不到,因此有必要根据瞬变压降的严重程度按优先级顺序进行。

对Buck电路,输入旁路电容须尽可能靠近IC放置,接下来是输入电容,最后是二极管,采用短而粗的迹线将其一端与SW相连,另一端与地相连。

而对Boost电路布局来说,则是按输出旁路电容,输出电容和二极管的优先级顺序进行布局。


电感选取总结
根据前面几节内容的介绍,我们可以按照以下步骤选择适合的电感:
(1) 计算Lmin和推荐电感参数:fo、DCR、ISAT、IRMS;
(2) 在保证(1)的前提下,依据物理尺寸要求和性价比,折中选择:大电感还是小电感,叠层电感还是绕线电感,磁屏蔽电感还是非屏蔽电感。



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| 发布时间:2018.05.25    来源:开关电源厂家
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