電源PCB上電感如何擺放才合適?看完這篇秒懂!
首先,我們提出問題:線圈應(yīng)該放在哪里?
電感器可以用于電壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器來臨時存儲能量,但這些電感器的尺寸通常非常大,必須在開關(guān)穩(wěn)壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務(wù)并不難,因為通過電感的電流可能會變化,但并非瞬間變化。變化只可能是連續(xù)的,通常相對緩慢。
開關(guān)穩(wěn)壓器在兩個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)時間。開關(guān)電流流經(jīng)的走線稱為熱回路或交流電流路徑,其在一個開關(guān)狀態(tài)下傳導電流,在另一個開關(guān)狀態(tài)下不傳導電流。在PCB布局中,應(yīng)使熱回路面積小且路徑短,以便盡量減小走線中的寄生電感。寄生走線電感會產(chǎn)生無用的電壓失調(diào)并導致電磁干擾(EMI)。
圖1:用于降壓轉(zhuǎn)換的開關(guān)穩(wěn)壓器(虛線所示為關(guān)鍵熱回路)
圖1所示為一個降壓調(diào)節(jié)器,其中關(guān)鍵熱回路顯示為虛線??梢钥闯?,線圈L1不是熱回路的一部分。因此,可以假設(shè)該電感器的安放位置并不重要。由于電感器位于熱回路以外是正確的,因此在上述實例中,該假設(shè)成立。不過,我們應(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。
受電流流動的影響,線圈會產(chǎn)生磁場,結(jié)果會影響信號路徑中的微弱信號。在開關(guān)穩(wěn)壓器中,一個關(guān)鍵信號路徑是反饋路徑,它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,實際線圈既有電容效應(yīng),也有電感效應(yīng)。第一個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(如圖1所示)。結(jié)果,線圈里的電壓變化與開關(guān)節(jié)點處的電壓一樣強烈而迅速。由于電路中的開關(guān)時間非常短且輸入電壓很高,PCB上的其他路徑上會產(chǎn)生相當大的耦合效應(yīng)。因此,敏感的走線應(yīng)該遠離線圈。
圖2:帶有線圈安放位置的ADP2360降壓轉(zhuǎn)換器的示例電路
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)計者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如,它們會在電感下方提供切口,即使在接地平面層中也是如此。其目標是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法雖沒錯,但也有爭論認為接地平面要保持一致,不應(yīng)中斷,以下是幾點建議:
· 用于屏蔽的接地平面在不中斷時效果最佳。
· 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,造成很小的損耗,幾乎不會影響接地平面的功能。
因此,他們認為接地平面層,甚至是線圈下方,也應(yīng)保持完整的觀點。
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放敏感的控制走線卻是明智的。線路板上的各種平面——例如接地平面或VDD平面(電源電壓),可以連續(xù)構(gòu)造且無需切口。
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