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2021.02.10 DC/DC

電感的配置

升壓型DC/DC轉換器的PCB佈局

上一篇文章已就升壓型DC/DC轉換器的輸出電容和升壓型DC/DC轉換器的續流二極體的配置進行了說明。本文將繼續就升壓型DC/DC轉換器需要配置的元件--電感的配置進行說明。

電感的配置

完成升壓型DC/DC轉換器的輸出電容和升壓型DC/DC轉換器的續流二極體的配置後,我們來配置升壓型DC/DC轉換器的電感。

為了儘量地降低來自切換節點的輻射雜訊,應將電感L配置在切換MOSFET Q2附近,並儘量避免擴大不必要的佈線銅箔面積。考慮到降低佈線電阻和利用銅箔散熱,可透過採取擴大銅箔面積的方法,但是若面積過大,則可能起到天線的作用,從而增大EMI。

在考慮佈線電阻、散熱、天線效應的基礎上,電流耐受能力是決定佈線寬度的因素之一。在下表中,記錄了因流過的電流和導體寬度而引起的溫升情況。例如,當2A的電流流經導體厚度為35µm的佈線時,如果要將溫升控制在20℃以下,需要參考Δt=20℃的曲線(淡藍色)2A時的佈線寬度。此時,導體寬度只要有0.53mm就可以了。

實際上,由於佈線受到週邊元件的發熱和環境溫度的影響,因此,建議選擇具有足夠餘量的導體寬度。例如,若為1OZ(35µm)的電路板,則每1A其導體寬度應為1mm以上,若為2OZ(70µm)的電路板,則每1A其導體寬度應為0.7mm以上等,且一般情況下考慮了餘量的設計規則也適用於其他情況。

從EMI的角度對佈線面積進行最佳化的佈局範例,以及擴大不必要佈線面積的不良佈局範例如下所示。圖中已加深說明物件部分的顏色。

關於電感的配置,還需注意其他兩點。其一,電感的正下方不可配置接地層。由於接地層產生的渦電流導致磁力線發生抵消效應,因此會造成電感L的電感值降低,損耗增加(Q降低)(參見下圖左側)。非接地的訊號線也有因渦電流使切換雜訊傳遞到訊號線的可能性。因此,在任何情況下,應避免電感正下方的佈線。不得不佈線時,請使用漏磁較少的閉磁路電感。

其二,電感引腳間的距離。如上圖右側的範例所示,由於引腳部分的銅箔面積過大,當引腳間的實際距離過近時,切換節點的高頻訊號經由雜散電容,電容被誘導至輸入。如其他佈線範例所示,應儘量縮小電感引腳用的銅箔。

重點:

・升壓型DC/DC轉換器的電感應配置在切換MOSFET Q2的附近,並且佈線的銅箔面積不可過大。

・電流耐受能力是決定佈線寬度的因素之一,建議選擇具有足夠餘量的寬度。

・升壓型DC/DC轉換器的電感的正下方不可配置接地層。非接地的訊號線也應儘量避免。

・不得不在升壓型DC/DC轉換器的電感的正下方佈線時,應使用漏磁較少的閉磁路電感。

・升壓型DC/DC轉換器的電感引腳間距離不能過近。

週邊元件的選擇和PCB佈局