8 基础篇-BUCK拓扑PCB布线规则(6)

文摘   2024-08-25 20:41   湖北  

目录

  • BOOST电路简介

  • Layout规则

  • 补充说明

1 BOOST电路简介

在DCDC电源设计电路中,电路通常是由电源IC、电感、肖特基、电容、电阻等电阻元器件,电路比较简单,但是还是会出现各种问题,常见的问题有以下几种:

  • 系统不能正常带载;

  • 电感有噪声;

  • 输出电压不稳定或者问题过大;

  • 上、下电不单调。

当时出现这些问题的原因是多样性的,如果是由于PCB布局布线导致的,则可能导致项目严重延期,且极大的增加项目成本。为了节省时间和项目成本,我们在Layout阶段应该严格按照手册进行布局布线。以下主要就一些BOOST电路一些通用的布局布线规则进行讲解。

2 Layout规则

今天的讲解主要以XL6007为例,电路详细设计见下:

  • 输出电容与肖特基二极管

BOOST电路的输出端的电流是不连续的,根据以下公式:

V=L*di/dt

可知:变化的电流在寄生电感上会产生毛刺电压,我们在布局布线时,需要谨慎处理,否则可能影响系统稳定性,严重情况下可能导致电源IC失效。通常情况下di/dt一个很恒定值,需要降低毛刺电压,只能降低回路长度来降低毛刺电压。从下图可知,降低回流路径的方法主要有以下两种方式:

  • 肖特基二极管靠近SW引脚放置。

  • 输出电容的正极靠近肖特基二极管的阴极放置。

这样布局能有效降低走线带来的寄生电感,减小毛刺电压,提供整个系统工作的稳定性,同时也能降低系统对外的辐射。


  • 电感和输入电容的摆放

开关电源输入电容通常是采用电解电容和陶瓷电容的方式,这两种电容各有特点,具体见下:

  • 电解电容:通常容量较大,用于给芯片提供瞬态电流,确保电源IC的电流不会出现波动

  • 陶瓷电容:用于滤除高频噪声,给电源IC提供:“纯净”电源。应该靠近电源芯片放置,避免打过孔(过孔会产生寄生电感,影响滤波效果)。

为减少系统回路上噪声和电磁辐射,不仅要减少开关电流回路长度,还要缩短大电流回路,并且大电流走线要采用敷铜处理,敷铜不要有锐角,尽量少打弯,尽量不换层,若走线必须得换层处理,需要适当增加过孔数量,这样可以减少过孔带来的寄生电感。可以将电感靠近芯片SW,输入电容靠近电感和芯片的GND,如下图所示。

  • 反馈电阻位置和布线

系统回路中反馈走线也很重要,FB引脚负责调整,稳定输出电压,为防止反馈引脚捡取到电路上噪声,应尽可能减小FB引脚节点。针对FB节点,需要让分压电阻靠近芯片的FBGND引脚;并且反馈走线要远离电感,肖特基,SW等开关节点,同时用GND走线包围最佳,如下图所示。

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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