在開關(guān)模式電源印制板上放置電感的指南

　　Frederik Dostal （ADI慕尼黑公司 電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師）

　　摘要：介紹了關(guān)于在開關(guān)模式電源印制板上放置電感的指導(dǎo)建議。

　　關(guān)鍵詞：開關(guān)穩(wěn)壓器；PCB；線圈

　　問題：

　　線圈應(yīng)該放在哪里？

　　回答：

　　用于電壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器使用電感來臨時(shí)存儲(chǔ)能量。這些電感的尺寸通常非常大，必須在開關(guān)穩(wěn)壓器的印制電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項(xiàng)任務(wù)并不難，因?yàn)橥ㄟ^電感的電流可能會(huì)變化，但并非瞬間變化。變化只可能是連續(xù)的，通常相對(duì)緩慢。

　　開關(guān)穩(wěn)壓器在兩個(gè)不同路徑之間來回切換電流。這種切換非常快，具體切換速度取決于切換邊緣的持續(xù)時(shí)間。電流流經(jīng)的走線稱為熱回路或交流電流路徑，其在一個(gè)開關(guān)狀態(tài)下傳導(dǎo)電流，在另一個(gè)開關(guān)狀態(tài)下不傳導(dǎo)電流。在PCB布局中，應(yīng)使熱回路面積小且路徑短，以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會(huì)產(chǎn)生無用的電壓失調(diào)并導(dǎo)致電磁干擾(EMI)。

　　圖1所示為一個(gè)降壓調(diào)節(jié)器，其中關(guān)鍵熱回路顯示為虛線。可以看出，線圈L1不是熱回路的一部分。因此，可以假設(shè)該電感器的放置位置并不重要。使電感器位于熱回路以外是正確的——因此在第一個(gè)實(shí)例中，安放位置是次要的。不過，應(yīng)該遵循一些規(guī)則。

　　不得在電感下方（PCB表面或下方都不行）、在內(nèi)層里或PCB背面布設(shè)敏感的控制走線。受電流流動(dòng)的影響，線圈會(huì)產(chǎn)生磁場，結(jié)果會(huì)影響信號(hào)路徑中的微弱信號(hào)。在開關(guān)穩(wěn)壓器中，一個(gè)關(guān)鍵信號(hào)路徑是反饋路徑，其將輸出電壓連接到開關(guān)穩(wěn)壓器IC或電阻分壓器。

　　還應(yīng)注意，實(shí)際線圈既有電容效應(yīng)，也有電感效應(yīng)。第一個(gè)線圈繞組直接連接到降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。結(jié)果，線圈里的電壓變化與開關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓一樣強(qiáng)烈而迅速。由于電路中的開關(guān)時(shí)間非常短且輸入電壓很高，PCB上的其他路徑上會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的耦合效應(yīng)。因此，敏感的走線應(yīng)該遠(yuǎn)離線圈。

　　圖2所示為ADP2360的示例布局。在本圖中，圖1中的重要熱回路標(biāo)為綠色。從圖中可見，黃色反饋路徑離線圈L1有一定距離。它位于PCB的內(nèi)層。

　　一些電路設(shè)計(jì)者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如，它們會(huì)在電感下方提供切口，即使在接地平面層中也是如此。其目標(biāo)是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法沒有錯(cuò)，但也有爭論認(rèn)為，接地平面要保持一致，不應(yīng)中斷：? 用于屏蔽的接地平面在不中斷時(shí)效果最佳。

　　? PCB的銅越多，散熱越好。

　　? 即使產(chǎn)生渦流，這些電流也只能局部流動(dòng)，只會(huì)造成很小的損耗，并且?guī)缀醪粫?huì)影響接地平面的功能。

　　因此，筆者同意接地平面層，甚至是線圈下方，也應(yīng)保持完整的觀點(diǎn)。

　　總之，我們可以得出結(jié)論，雖然開關(guān)穩(wěn)壓器的線圈不是臨界熱回路的一部分，但不在線圈下方或靠近線圈處布敏感的控制走線卻是明智的。PCB上的各種平面——例如，接地平面或V DD 平面（電源電壓）——可以連續(xù)構(gòu)造，無需切口。

　　作者簡介：

　　Frederik Dostal，電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。畢業(yè)于德國愛爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任多種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入位于慕尼黑的ADI公司。

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第7期第23頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處