調(diào)節(jié)器的電流路徑

大家好，小科來為大家解答以上問題。調(diào)節(jié)器的電流路徑這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、幽幽一嘆，“唉，噪音問題又來了！ "——這樣的場景，你遇到過幾次？

2、在電路板設計中，噪聲是每個設計師都會遇到的一個主要問題。

3、為了解決噪音問題，通常需要幾個小時的實驗室測試才能找出真正的罪魁禍首。

4、然而，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，噪聲問題是由于開關電源布局不當造成的。

5、那么，如何解決這樣的問題呢？

6、例如，開關調(diào)節(jié)器布局采用雙通道同步開關控制器ADP1850，第一步是確定調(diào)節(jié)器的電流路徑

7、然后，進行供電設備的物理規(guī)劃和考慮。

8、另外，我們需要知道一點：電流路徑?jīng)Q定了器件在低噪聲版圖設計中的位置。

9、01、調(diào)節(jié)器的電流路徑

10、在開關轉(zhuǎn)換器設計中，高電流路徑和低電流路徑彼此非常接近。

11、交流(AC)路徑會帶來尖峰和噪聲，而高DC路徑會產(chǎn)生相當大的壓降，而低電流路徑通常對噪聲很敏感。

12、正確PCB布局的關鍵是確定關鍵路徑，然后安排器件并提供足夠的銅面積，以防止高電流損害低電流。

13、性能不佳表現(xiàn)在接地反彈和噪聲注入IC和系統(tǒng)的其余部分。

14、圖1顯示了同步降壓調(diào)節(jié)器的設計，它包括開關控制器和以下外部電源器件：高端開關、低端開關、電感、輸入電容、輸出電容和旁路電容。

15、圖1中的箭頭表示高開關電流的方向。

16、這些電源器件必須小心放置，以免產(chǎn)生不良寄生電容和電感，從而導致過大的噪聲、過沖、振鈴和接地反彈。

17、圖1。典型開關調(diào)節(jié)器(顯示交流和DC電流路徑)

18、DH、DL、BST和SW等開關電流路徑在離開控制器后應妥善安排，以免寄生電感過大。

19、這些線路承載的高I/T交流開關脈沖電流可能達到3 A以上，并持續(xù)數(shù)納秒。

20、高電流環(huán)路必須很小，以最大限度地降低輸出振鈴，避免拾取額外噪聲。

21、低值和低幅度信號路徑，如補償和反饋器件，對噪聲非常敏感。

22、讓這些路徑遠離開關節(jié)點和功率器件，以避免注入干擾噪聲。

23、02.布局物理規(guī)劃

24、PCB的物理布局非常重要。要盡量減少電流回路面積，合理布置功率器件，使電流流動順暢，避免出現(xiàn)尖角和窄徑。

25、這將有助于降低寄生電容和電感，從而消除接地反彈。

26、圖2顯示了帶開關控制器ADP1850的雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器的PCB布局。

27、請注意，電源器件的布局使電流環(huán)路面積和寄生電感最小。

28、虛線表示高電流路徑。

29、同步和異步控制器都可以使用這種物理規(guī)劃技術。

30、在異步控制器的設計中，肖特基二極管取代了低端開關。

31、圖2。內(nèi)置ADP1850控制器的雙輸出降壓轉(zhuǎn)換器的PCB布局

32、03.電源設備：MOSFET和電容器

33、頂部和底部功率開關處的電流波形是具有非常高的I/t的脈沖.

34、因此，連接各開關的路徑應盡可能短，以將控制器拾取的噪聲和電感環(huán)路傳輸?shù)脑肼暯抵磷畹汀?/p>

35、當在PCB的一側使用一對DPAK或SO-8封裝的fet時，最好以相反的方向旋轉(zhuǎn)這兩個fet，使開關節(jié)點位于這對fet的一側，并用適當?shù)奶沾膳月冯娙輰⒏叨寺╇娏髋月分恋投嗽础?/p>

36、務必將旁路電容盡可能靠近MOSFET放置(見圖2 ),以使通過FET和電容的環(huán)路電感最小。

37、輸入旁路電容和大輸入電容的放置對于控制接地反彈非常重要。

38、輸出濾波電容的負端連接應盡可能靠近低端MOSFET的源極，這有助于降低引起地彈的環(huán)路電感。

39、圖2中的Cb1和Cb2是陶瓷旁路電容，這些電容的推薦范圍為1 F至22 F。

40、對于高電流應用

散熱考慮和接地層

在重載條件下，功率MOSFET、電感和大電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)會產(chǎn)生大量的熱。

43、為了有效散熱，圖2的示例在這些電源器件下面放置了大面積的銅。

多層PCB的散熱效果好于2層PCB。

45、為了提高散熱和導電性能，應在標準1盎司銅層上使用2盎司厚度的銅。

46、多個 PGND層通過過孔連在一起也會有幫助。

47、圖3顯示一個4層 PCB設計的頂層、第三層和第四層上均分布有PGND層。

圖3. 截面圖：連接PGND層以改善散熱

這種多接地層方法能夠隔離對噪聲敏感的信號。

51、如圖2所 示，補償器件、軟啟動電容、偏置輸入旁路電容和輸出反饋分壓器電阻的負端全都連接到AGND層。

52、請勿直接將任何高電流或高δI/δt路徑連接到隔離AGND層。

53、AGND是一個安靜的接地層，其中沒有大電流流過。

所有電源器件(如低端開關、旁路電容、輸入和輸出電容等)的負端連接到PGND層，該層承載高電流。

GND層內(nèi)的壓降可能相當大，以至于影響輸出精度。

56、通過一條寬走線將AGND層連接到輸出電容的負端(參見圖4)，可以顯著改善輸出精度和負載調(diào)節(jié)。

圖4. AGND層到PGND層的連接

AGND層一路擴展到輸出電容，AGND層和PGND層在輸出電容的負端連接到過孔。

圖2顯示了另一種連接AGND和PGND層的技術，AGND層通過輸出大電容負端附近的過孔連接到PGND層。

61、圖3顯示了PCB上某個位置的截面，AGND層和PGND層通過輸出大電容負端附近的過孔相連。

電流檢測路徑

為了避免干擾噪聲引起精度下降，電流模式開關調(diào)節(jié)器的電流檢測路徑布局必須妥當。

64、雙通道應用尤其要更加重視，消除任何通道間串擾。

雙通道降壓控制器ADP1850將低端MOSFET的導通電阻RDS(ON)用作控制環(huán)路架構的一部分。

66、此架構在SWx與 PGNDx引腳之間檢測流經(jīng)低端MOSFET的電流。

67、一個通道中的地電流噪聲可能會耦合到相鄰通道中。

68、因此，務必使 SWx和PGNDx走線盡可能短，并將其放在靠近MOSFET的地方，以便精確檢測電流。

69、到SWx和PGNDx節(jié)點的連接務必采用開爾文檢測技術，如圖2和圖5所示。

70、注意，相應的 PGNDx走線連接到低端MOSFET的源。

71、不要隨意將PGND 層連接到PGNDx引腳。

圖5. 兩個通道的接地技術

相比之下，對于ADP1829等雙通道電壓模式控制器，PGND1和PGND2引腳則是直接通過過孔連接到PGND層。

反饋和限流檢測路徑

反饋(FB)和限流(ILIM)引腳是低信號電平輸入，因此，它們對容性和感性噪聲干擾敏感。

77、FB和ILIM走線應避免靠近高δI/δt走線。

78、注意不要讓走線形成環(huán)路，導致不良電感增加。

79、在ILIM和PGND引腳之間增加一個小MLCC去耦電容 (如22 pF)，有助于對噪聲進行進一步濾波。

開關節(jié)點

在開關調(diào)節(jié)器電路中，開關(SW)節(jié)點是噪聲最高的地方，因為它承載著很大的交流和直流電壓/電流。

82、此SW節(jié)點需要較大面積的銅來盡可能降低阻性壓降。

83、將MOSFET和電感彼此靠近放在銅層上，可以使串聯(lián)電阻和電感最小。

對電磁干擾、開關節(jié)點噪聲和響鈴振蕩更敏感的應用可以使用一個小緩沖器。

85、緩沖器由電阻和電容串聯(lián)而成(參見圖 6中的RSNUB和CSNUB)，放在SW節(jié)點與PGND層之間，可以降 低SW節(jié)點上的響鈴振蕩和電磁干擾。

86、注意，增加緩沖器可能會使整體效率略微下降0.2%到0.4%。

圖6. 緩沖器和柵極電阻電阻

柵極驅(qū)動器路徑

柵極驅(qū)動走線(DH和DL)也要處理高δI/δt，往往會產(chǎn)生響鈴振蕩和過沖。

91、這些走線應盡可能短。

92、最好直接布線，避免使用饋通過孔。

93、如果必須使用過孔，則每條走線應使用兩個過孔，以降低峰值電流密度和寄生電感。

在DH或DL引腳上串聯(lián)一個小電阻(約2 Ω至4 Ω)可以減慢柵極驅(qū)動，從而也能降低柵極噪聲和過沖。

95、另外，BST與SW 引腳之間也可以連接一個電阻(參見圖6)。

96、在布局期間用0 Ω柵極電阻保留空間，可以提高日后進行評估的靈活性。

97、增加的柵極電阻會延長柵極電荷上升和下降時間，導致 MOSFET的開關功率損耗提高。

了解電流路徑、其敏感性以及適當?shù)钠骷胖?，是消?PCB布局設計噪聲問題的關鍵。

99、ADI公司的所有電源器件評估板都采用上述布局布線指導原則來實現(xiàn)最佳性能。

100、評估板文件UG-204和UG-205詳細說明了ADP1850相關的布局布線情況。

注意

所有開關電源都具有相同的元件和相似的電流路徑敏感性。

103、因此，以針對電流模式降壓調(diào)節(jié)器的 ADP1850為 例說明的指導原則同樣適用于電壓模式和/或升壓開關調(diào)節(jié)器的布局布線。

審核

本文到此結束，希望對大家有所幫助。