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2020.09.23 DC/DC

升壓型DC/DC轉換器的電流路徑

升壓型DC/DC轉換器的PCB佈局

升壓型DC/DC轉換器的電流路徑

不僅局限於升壓型DC/DC轉換器,在很多產品的PCB佈局設計中,瞭解其電路的電流路徑和特性都是非常重要的。在進入具體的佈局講解之前,我們先來看一下升壓型DC/DC轉換器的電流路徑。

切換電晶體Q2 ON時的電流路徑

下圖是升壓型DC/DC轉換器的電路示意圖,紅線表示切換電晶體Q2 ON時透過的主要電流。CIBYPASS是高頻去耦電容,通常使用小容量陶瓷電容。CIN是主要用來穩定的電容,具有較大的電容量。在切換電晶體Q2導通的瞬間迅速流動的大部分電流來自CIBYPASS,其次來自CIN。在輸入電流不是很大時,CIN可以與CIBYPASS合併,作為1個電容複用。緩和變化的電流來自輸入電源。在此期間,電能存儲至電感L。

切換電晶體Q2 OFF時的電流路徑

接下來請看切換電晶體Q2關斷時的電流狀態(圖中紅線)。電感L的作用是即使切換電晶體Q2 OFF時也可保持在此之前的電流值。電感L的左端固定為VIN電壓,並持續為VOUT提供電流以增加電壓,因此VOUT的電壓比VIN要高(升壓工作)。因此,切換電晶體Q2的ON時間越長,積蓄在電感L中的電能越大,能夠輸出的功率越大。然而,如果切換電晶體Q2的ON時間不必要地延長,則向輸出端供給功率的時間會變少,效率會變差。因此,ON/OFF時間比(占空比)的最大值是設有限制的。在輸出電流小的電路中,如果COUT使用具有良好頻率特性的陶瓷電容,則高頻去耦電容CBYPASS可以複用。

切換電晶體Q2 ON時和OFF時的電流差分

最後來看切換電晶體Q2 ON時和OFF時的電流差分(圖中紅線)。每當切換電晶體Q2從OFF變為ON、從ON變為OFF時,紅線所示路徑的電流就會急遽變化。由於該系統的變化非常劇烈而出現含有很多諧波的波形。這種差分系統的佈局是PCB佈局的關鍵,需要格外注意。

重點:

・進行PCB佈局設計時,瞭解電路的電流路徑和特性是非常重要的(不僅局限於升壓型DC/DC轉換器)。

・ON和OFF時的電流差分系統在PCB板佈局中非常重要,需要格外注意(不僅局限於升壓型DC/DC轉換器)。

週邊元件的選擇和PCB佈局