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          PCB 布局挑戰(zhàn)——改進(jìn)您的開關(guān)模式電源設(shè)計

          作者: 時間:2023-06-09 來源: 收藏

          這里發(fā)揮作用的機(jī)制和風(fēng)險是不需要的能量以電容 (dv/dt) 和電感 (di/dt) 耦合到系統(tǒng)的其他部分,或者更糟的是,以輻射和傳導(dǎo)發(fā)射的形式耦合到系統(tǒng)之外。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202306/447524.htm

          隱藏的 布局威脅—— 耦合
          與 SMPS 相關(guān)的 EMC 原則通常要求設(shè)計人員密切注意 SMPS 布局中的兩個耦合因素,如圖 1 所示: 
          具有高 dv/dt 的電壓節(jié)點
          “熱電流回路”,其中包含子系統(tǒng)中的 di/dt

          PCB 布局挑戰(zhàn)——改進(jìn)您的開關(guān)模式電源設(shè)計


          圖 1.顯示降壓轉(zhuǎn)換器 di/dt 和 dv/dt 位置的示意圖。圖片(修改后)由Analog Devices提供

          這里發(fā)揮作用的機(jī)制和風(fēng)險是不需要的能量以電容 (dv/dt) 和電感 (di/dt) 耦合到系統(tǒng)的其他部分,或者更糟的是,以輻射和傳導(dǎo)發(fā)射的形式耦合到系統(tǒng)之外。 
          設(shè)計后期制作審查
          深入研究該項目,我們將檢查LM22678 5A 轉(zhuǎn)換器(圖 2)的 PCB 布局,其中V輸入為 12 V(未顯示),V輸出為 5 V。這是一個非同步降壓轉(zhuǎn)換器,使用用于其低側(cè)元件的 B130L-13-F 肖特基二極管(是的,在您檢查之前 - 系統(tǒng)消耗的電流小于二極管的 1 A 額定值!  )。

          PCB 布局挑戰(zhàn)——改進(jìn)您的開關(guān)模式電源設(shè)計


          圖 2.非同步 LM22678 降壓轉(zhuǎn)換器 12 V 至 5 V 的原理圖。

          限度地減少電容和電感耦合通常并不復(fù)雜,但很容易被忽視,從而導(dǎo)致排放測試失敗和上市延遲。在下面的圖 3 中,我們看到了用于非同步降壓穩(wěn)壓器的 TO-263 封裝布局,其中標(biāo)識了電壓節(jié)點(紅色輪廓)和熱電流環(huán)路(黃色輪廓)。 

          PCB 布局挑戰(zhàn)——改進(jìn)您的開關(guān)模式電源設(shè)計


          圖 3.具有低側(cè)功率二極管的非同步降壓穩(wěn)壓器設(shè)計。

          為清楚起見,電路板上的銅填充已被隱藏??偟膩碚f,這種設(shè)計存在三個明顯的問題: 
          高 di/dt 環(huán)路比需要的大得多
          沒有過孔連接 C IN 或 C OUT的 GND 節(jié)點(它們被地面澆注覆蓋)
          交換節(jié)點可以更小
          這些設(shè)計選擇的終效果意味著電流環(huán)路沒有得到很好的控制,并且由于平面之間沒有過孔,電流沒有明確的路徑返回源頭。  
          對于 EMC——(電氣)沉默是金
          應(yīng)用從 Hubing 博士的討論中收集的原則,可以在下面的圖 4 中看到改進(jìn)后的布局。它具有優(yōu)化的電壓節(jié)點、更小的熱環(huán)路以及通過訪問每個無源組件的第 2 層參考平面。此外,初級 C OUT電容器也相對于原始設(shè)計旋轉(zhuǎn)了 90 度,從而降低了輸出軌上的噪聲風(fēng)險。

          PCB 布局挑戰(zhàn)——改進(jìn)您的開關(guān)模式電源設(shè)計


          圖 4.改進(jìn)后的布局考慮了耦合機(jī)制。

          通過在引腳和電感器之間移動低側(cè)二極管,我們可以更好地限制由高 dv/dt 耦合效應(yīng)產(chǎn)生的潛在串?dāng)_噪聲。此外,通過減小熱回路幾何形狀,高 di/dt 磁場耦合的影響會降低。 
          盡管這些變化很小,但它們不需要額外的電路板空間或改組其他子系統(tǒng)。然而,通過將電流環(huán)路減少約 50% 并優(yōu)化電壓節(jié)點,無疑提高了系統(tǒng)合規(guī)性。 
          當(dāng)您設(shè)計符合CISPR EMC 標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)產(chǎn)品時,每個 dBμV 都很重要,設(shè)計階段的微小變化可能意味著成功發(fā)布或錯過市場窗口之間的差異。



          關(guān)鍵詞: PCB 開關(guān)

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