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在开关模式电源印刷电路板上放置电感器的指南

星星科技指导员 来源:ADI 作者:Frederik Dostal 2023-02-16 10:13 次阅读

Frederik Dostal

用于电压转换的开关稳压器使用电感器来临时存储能量。这些电感器通常是非常大的元件,必须放置在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中。这项任务并不难,因为通过电感器的电流可以改变,但不是瞬时变化。只能有连续的,通常相对缓慢的变化。

开关稳压器在两条不同的路径之间来回切换电流。这种切换发生得非常快,速度取决于切换边沿持续时间。由此产生的走线在一种开关状态下传导电流,而在另一种开关状态下不传导电流,称为热回路或交流电流路径。在PCB布局中,它们应保持特别小和短,以使这些走线中的寄生电感最小化。寄生走线电感会产生不需要的电压偏移,并导致电磁干扰(EMI)。

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图1.用于降压转换的开关稳压器,关键热回路显示为虚线。

图1所示为降压稳压器,其中关键热回路显示为虚线。可以看出,线圈L1不是热回路的一部分。因此,可以假设该电感的放置并不重要。将电感置于热回路外部是正确的,因此放置首先是次要的。不过,应该遵循一些规则。

敏感的控制走线不应在电感器下方布线,无论是在PCB表面还是在PCB表面下方,在内层或PCB背面。由于电流的流动,线圈会产生磁场,这会影响信号路径中的微弱信号。在开关稳压器中,关键信号路径之一是反馈迹线,它将输出电压连接到开关稳压器IC或分压器。

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图2.采用带线圈放置的降压转换器ADP2360的示例电路。

还应该注意的是,实际线圈具有电容效应和电感效应。第一个线圈绕组直接连接到降压型开关稳压器的开关节点,如图1所示。因此,电压变化与开关节点上的电压变化一样强烈和迅速。由于电路中的开关时间非常短,输入电压较高,因此在PCB上的其他路径上会产生相当大的耦合效应。因此,出于这个原因,敏感的走线也应远离线圈的位置。

图2显示了ADP2360的示例布局。在这里,图1中的重要热回路用绿色标记。在距离线圈L1的距离处可以看到黄色反馈路径。它位于PCB的内层.

一些电路设计人员甚至不希望线圈下方的PCB中有任何铜层。例如,它们将在电感下方提供一个切口,即使在接地层中也是如此。目的是防止线圈下方接地层中的涡流由线圈的磁场引起。这种方法没有错,但有人认为要有一个没有中断的坚实接地层:

用于屏蔽的接地层在不中断时效果最佳。

PCB的铜越多, 散热越好.

即使产生涡流,这些电流也会局部流动,只造成很小的损耗,几乎不会影响接地层的功能。

因此,我赞成坚固的接地层,即使在线圈下也是如此。

总之,我们可以得出结论,开关稳压器的线圈不是关键热回路的一部分,但不要将控制走线布线在线圈下方或非常靠近线圈是有意义的。PCB 上的各种平面 — 例如,用于接地或用于 VDD(电源电压)的平面—可以连续创建,无需断路。

审核编辑:郭婷

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