7 基础篇-BUCK拓扑PCB布线规则(5)

文摘   2024-08-19 07:52   湖北  

目录

  • Buck电路简介

  • Layout规则

  • 补充说明

1 BUCK电路简介

开关电源在PCB设计中Buck电路的应用非常广泛,仅通过IC芯片、电感、肖特基二极管、电容、电阻等电子元器件,就能设计出满足电源转化需求。原理图按照手册设计,功能一般能满足要求。但是在实际应用中各位朋友或多或少会遇到过电源相关的问题,虽然已经按照手册进行设计,但是功能上还是存在缺陷,最有可能导致问题的原因:前期的布局布线没有严格按照规则执行,具体包括:电子元器件摆放和PCB的走线。

3 Layout规则
  • 输入电容和肖特基二极管摆放
Buck电路的输入电容一般由电解电容和陶瓷电容搭配使用,主要的原因是成本低,且能满足设计要求。电容的主要功能是进行滤波使用,电解电容和陶瓷电容的在这种场景下,功能上存在细微差别,具体见下:
  • 电解电容:用于给IC芯片提供瞬态电流,保证IC芯片的输入端的电压稳定。
  • 陶瓷电容:用于滤除输入端高频毛刺电压,提供更加“干净”的电源。

Buck电路中的IC位置确定后,输入电容位置需要靠近输入引脚VIN,且应该避免使用过孔进行连接,具体原因是过孔会产生寄生电感,会严重影响滤波效果。前面的已经详细描述过,Buck电路输入端电流是不连续的。详见:5 基础篇-BUCK拓扑EMI对策(3)。变化电流会在寄生电感上产生毛刺,导致系统工作不稳定,严重情况下可能导致IC芯片失效。为了降低寄生电感带来的影响,输入电容应该尽可能靠近Buck芯片放置,一方面能降低寄生电感,减少毛刺,另一方面能提供系统稳定性,降低电磁辐射。

  • 电感和输出电容的摆放
为了减少噪声和电磁辐射,我们需要从以下两个方面着手:
  • 减少开关电流回路的长度。
  • 缩短大电流的回路,大电流进行采用铺铜方式。尽可能避免锐角、换层(如果换层尽量增加过孔的数量,能有效减少寄生电感)。
电感的位置需要开进SW引脚放置,输出电容靠近电感和肖特基二极管放置,见下图。输出电容放置位置不当,可能造成输出电压不稳定。

  • 反馈电阻位置和布线
系统中反馈线主要包括FB引脚和CS引脚(部分Buck芯片无此引脚),二者主要功能见下:
  • FB引脚负责调整、稳定输出电压。分压电压应该开进该引脚于GND平面

  • CS引脚负责调整、稳定输出电流为防止反馈引耦合到电路噪声,应尽可能减小FB CS引脚节点。可靠近该引脚串接1KOhm对地电阻,滤除干扰。

反馈线(FBCS)需要原理电感、肖特基二极管、SW等开关节点,使用包地方式最佳。具体案例见下:

补充说明

部分工程师在制作产品时,为节约成本,会使用单层走线来绘制PCB文件。单面板虽然可以节约PCB成本,但是不利PCB布线,造成大电流走线回路变长;且同样长度的走线,在单面板上比在双面板上产生的寄生电感大10倍以上。寄生电感过大,产生的毛刺电压严重影响系统性能,影响系统寿命。建议使用双面板绘制PCB文件,并适当增加过孔数量,减少过孔的寄生参数。

PCB

h(mm)

Wg(mm)

L(nH)

单层板-
-
52
双层板
1.2
10
3.8
四层板
0.4
10
1.2

备注:h为走线与地线之间的绝缘度,Wg为对应地线的线宽,L为走线的寄生电感。

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