在開(kāi)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 電源管理現場(chǎng)應用工程師）

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

　　關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)穩壓器；PCB；線(xiàn)圈

　　問(wèn)題：

　　線(xiàn)圈應該放在哪里？

　　回答：

　　用于電壓轉換的開(kāi)關(guān)穩壓器使用電感來(lái)臨時(shí)存儲能量。這些電感的尺寸通常非常大，必須在開(kāi)關(guān)穩壓器的印制電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務(wù)并不難，因為通過(guò)電感的電流可能會(huì )變化，但并非瞬間變化。變化只可能是連續的，通常相對緩慢。

　　開(kāi)關(guān)穩壓器在兩個(gè)不同路徑之間來(lái)回切換電流。這種切換非?？?，具體切換速度取決于切換邊緣的持續時(shí)間。電流流經(jīng)的走線(xiàn)稱(chēng)為熱回路或交流電流路徑，其在一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)下傳導電流，在另一個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)下不傳導電流。在PCB布局中，應使熱回路面積小且路徑短，以便最大限度地減小這些走線(xiàn)中的寄生電感。寄生走線(xiàn)電感會(huì )產(chǎn)生無(wú)用的電壓失調并導致電磁干擾(EMI)。

　　圖1所示為一個(gè)降壓調節器，其中關(guān)鍵熱回路顯示為虛線(xiàn)?？梢钥闯?，線(xiàn)圈L1不是熱回路的一部分。因此，可以假設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(guò)，應該遵循一些規則。

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

　　還應注意，實(shí)際線(xiàn)圈既有電容效應，也有電感效應。第一個(gè)線(xiàn)圈繞組直接連接到降壓開(kāi)關(guān)穩壓器的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)，如圖1所示。結果，線(xiàn)圈里的電壓變化與開(kāi)關(guān)節點(diǎn)處的電壓一樣強烈而迅速。由于電路中的開(kāi)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)生相當大的耦合效應。因此，敏感的走線(xiàn)應該遠離線(xiàn)圈。

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

　　一些電路設計者甚至不希望線(xiàn)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。其目標是防止線(xiàn)圈下方接地平面因線(xiàn)圈磁場(chǎng)形成渦流。這種方法沒(méi)有錯，但也有爭論認為，接地平面要保持一致，不應中斷：? 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，并且幾乎不會(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(xiàn)圈下方，也應保持完整的觀(guān)點(diǎn)。

　　總之，我們可以得出結論，雖然開(kāi)關(guān)穩壓器的線(xiàn)圈不是臨界熱回路的一部分，但不在線(xiàn)圈下方或靠近線(xiàn)圈處布敏感的控制走線(xiàn)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）——可以連續構造，無(wú)需切口。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　Frederik Dostal，電源管理現場(chǎng)應用工程師。畢業(yè)于德國愛(ài)爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)。于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入位于慕尼黑的ADI公司。

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