電源系統(tǒng)分析之電源layout布局

電源layout布局

1. Layout布局推薦及要求

1.1 布線基本原則

1)輸入電源與輸出電源需要通過GND隔離，且避免平行走線。

2)功率電路與控制電路需分區(qū)域布局，避免重疊。

3)低頻信號(hào)線需遠(yuǎn)離高頻信號(hào)線。

4)高di/dt、dv/dt走線盡可能短。

5)線徑間距要求要滿足爬電要求、3W、3H;大電流電源線徑加粗，保證電源平面更好。

1.2 線寬原則

1)線寬由流過的電流大小決定，大電流走線要提供足夠的線寬，優(yōu)化效率減少發(fā)熱;特別是LX節(jié)點(diǎn)，由條件的情況下可以使用鋪銅。

2)控制電路線寬至少20mil，例如Vcc，AGND(SGND);為了減少柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)(DH、DL)阻抗，建議使用25mil線寬;其他信號(hào)線寬至少10mil。

1.3 旁路/去耦電容

1)輸入電容、旁路電容應(yīng)該盡量靠近DC-DC芯片放置。

2)旁路電容必須盡量靠近DC-DC芯片的輸入電源引腳，輸入電容可以放置在距離DC-DC芯片大約1 inch 范圍內(nèi)。

3)多個(gè)電容時(shí)，小容值、小封裝靠近IC。

注意：根據(jù)上述所講對半徑和過孔方式選擇。

1.4 過孔設(shè)計(jì)

1)電流方向相同：過孔之間的中心距離應(yīng)大于過孔的長度。

2)電流方向相反：過孔之間的中心距離應(yīng)小于過孔的長度。

3)過孔VIa位置選擇。

1.5 接地方式

1)單點(diǎn)接地，保持整個(gè)地平面。

2)模擬地和數(shù)字地需采用單點(diǎn)連接的方法。

1.6 熱設(shè)計(jì)

1)在MOSFET、電感周圍提供足夠的鋪銅，改善散熱;增加過孔，利用裸焊盤改善電路板散熱。

1.7 電感設(shè)計(jì)

1)遠(yuǎn)離干擾電路(時(shí)鐘電路、通訊電路、模擬采樣電路等)。

2)DC-DC變換器是一個(gè)較強(qiáng)的電磁場干擾源，通常其EMI頻譜范圍自開關(guān)頻率延伸至100MHz以上。為了減小電容性耦合和磁場環(huán)路耦合，必須將DC-DC變換器遠(yuǎn)離其它電路，尤其是小信號(hào)模擬電路。

3)對于輸出多路的開關(guān)電源盡量使相鄰電感之間垂直放置，避免電感磁干擾進(jìn)行疊加。

4)功率電感地平面鋪銅分析：

①鋪銅影響：1.降低電感感量;2.增加系統(tǒng)損耗;3.增加GND平面噪音。

②鋪銅好處：1.有利于EMI;2.因?yàn)槭瞧帘坞姼袑﹄姼懈辛坑绊懖淮?3.可以幫助電感進(jìn)行散熱。

③電感分類：1.非屏蔽工字形電感，磁力線會(huì)完全暴露在空氣中;2.半屏蔽電感，在非屏蔽工字形電感外圍增加磁屏蔽材料，漏磁量有限;3.一體成型電感，在工藝中將繞組和導(dǎo)磁材料一次鑄造而成，基本沒有磁力線溢出。

④鋪銅感量結(jié)論：

1.感量變化如下圖所示：

2.鋪銅EMI結(jié)論：

(1)首先講一下渦流效應(yīng)，可以更好的想象電感的磁場：交變磁場經(jīng)過導(dǎo)體表面，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會(huì)在導(dǎo)體表面形成感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向總是起到削弱原磁場大小的作用，這就是渦流效應(yīng)。

(2) BUCK電路未鋪銅原始模型如圖所示：沒有鋪銅時(shí)，漏磁會(huì)溢出到空氣中。

BUCK電路鋪銅原始模型如圖所示：當(dāng)電感下面鋪銅后會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，渦流的作用時(shí)抵消部分漏感產(chǎn)生的磁場，減少對元器件的影響。

(3)EMI濾波器參考：將EMI濾波器以及連接器置于PCB背面，可以更好切斷EMI的傳播途徑，可以參考下圖所示。

⑤鋪銅結(jié)論：

1.8 噪聲優(yōu)化

1)由于肖特基二極管一端連接DC-DC芯片的SW引腳，該引腳的信號(hào)為矩形波，若布線過長，走線的寄生電感就會(huì)很容易拾取到噪聲，附加在SW信號(hào)中，形成噪聲尖峰。肖特基二極管的布局基本要點(diǎn)是緊靠IC放置，并采用短且寬的線直接連接DC-DC芯片的SW引腳和GND引腳。

2)反饋采樣電阻盡量靠近DC-DC芯片F(xiàn)B引腳。反饋?zhàn)呔€要盡可能短，但是要遠(yuǎn)離噪聲源比如電感和二極管，有時(shí)為了避開噪聲源，走線走得長一些也是必要的。

審核編輯：湯梓紅