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2020.05.13 DC/DC

補充-輸入電容的選型

DC/DC轉換器之電感和電容的選擇

本文是對“DC/DC轉換器的電感和電容的選型”一文中“輸入電容的選擇”的補充。

輸入電容的選型-補充

在前面的文章中,為了對輸入電容進行選型,回顧了輸入電容和輸出電容作用,並介紹了輸入電容選型的關鍵要點、電壓和漣波電流的額定值、漣波發熱特性、陶瓷電容的溫度特性和DC偏置特性。

由於許多實際電路中的輸入電容是除前面文章中介紹的主要CIN外,還常與用來降低高頻雜訊的被稱為“CBYPASS”的電容相結合使用,因此在本文中將對CBYPASS進行補充說明。

輸入電容CBYPASS的作用

DC/DC轉換器的輸入需要電容量較大的輸入電容CIN,其作用是作為輸出切換導通後從輸入急遽流入電流時的電流供給源,用來降低此時產生的漣波電壓。透過採用適合的CIN,可使輸入電壓相對於輸出切換保持穩定。右圖是經常用來解釋相關內容的示意圖。

但是,在實際的輸入中,不僅有本來的輸入電流ON/OFF帶來的漣波,切換引起的高頻電流轉移也表現為電壓尖峰或雜訊。這些會作為雜訊干擾給其他部分帶來不利影響,因此需要降低。下圖表示相對於輸入中的電流轉移,漣波與雜訊的關係。

綜上所述,輸入中存在切換頻率的漣波和高頻雜訊兩種頻段的雜訊。

如前所述,CIN的主要目的是降低漣波電壓,因此應該選用靜電量容較大的電容。然而,一般情況下,適合CIN的電容在高頻段的電阻特性較差,即使能夠有效降低漣波電壓,也不能充分降低高頻雜訊。因此,就需要在更高頻段增加電阻低的電容。為區別於CIN,將這種電容稱為“CBYPASS”。通常使用約0.1μF的陶瓷電容。其目的與“用於降低高頻雜訊用的去耦(或旁路)電容”相同。

下圖是同時存在CIN和CBYPASS的電路範例,C2為CIN,C4為CBYPASS。另外,作為範例給出了CIN=22μF、CBYPASS=0.1μF的電阻特性。輸入可獲得兩種電容的合成電阻特性。

如果輸入電容的電容量較小也可以,則可以採用1個陶瓷電容,CIN和CBYPASS並用。但是,需要確認電容的電阻特性以及產生的漣波和雜訊的頻率。

在PCB板上配置時的注意事項

輸入電容應儘量靠近IC的VIN引腳配置,這是PCB佈局的大原則。眾所周知,如果配置距離過遠,將需要透過與其距離相應的PCB佈線的寄生電感,因電感和急劇的電流ON/OFF,會產生意想不到的大尖峰電壓。

此外,還有一個原則就是電容量小的電容要配置於離噪音源近的位置。在這種情況下,由於VIN(PVIN)引腳對應噪音源,因此如電路圖所示,從IC的PVIN看,應按CBYPASS(C4)、CIN(C2)的順序進行配置。CIN一般選用小的積層陶瓷電容,因此比較容易靠近IC的VIN引腳附近配置。

重點:

・在很多情況下,作為輸入電容器,用來降低紋波的大容量電容器常與用來降低高頻雜訊的去耦電容器相結合使用。

・輸入電容應儘量靠近IC的VIN引腳進行配置,且去耦用電容應配置於VIN端。

週邊元件的選擇和PCB佈局