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良心分享:开关电源这样布局噪声才能化解于无
浏览: 发布日期:2019-10-20

  双通道降压统制器ADP1850将低端MOSFET的导通电阻RDS(ON)用作统制环道架构的一片面。此架构正在SWx与 PGNDx引脚之间检测流经低端MOSFET的电流。一个通道中的地电流噪声可以会耦合到相邻通道中。于是,务必使 SWx和PGNDx走线尽可以短,并将其放正在接近MOSFET的地方,以便精准检测电流。到SWx和PGNDx节点的相连务必采用开尔文检测身手,如图2和图5所示。防卫,相应的 PGNDx走线相连到低端MOSFET的源。不要任性将PGND 层相连到PGNDx引脚。

  顶部和底部电源开闭处的电流波形是一个具有极度高δI/δt的脉冲。于是,相连各开闭的道途应尽可以短,以尽量低落统制器拾取的噪声和电感环道传输的噪声。正在PCB一侧上利用一对DPAK或SO-8封装的FET时,最好沿相反倾向转动这两个FET,使得开闭节点位于该对FET的一侧,并操纵适应的陶瓷旁道电容将高端泄电流旁道到低端源。务必将旁道电容尽可以接近MOSFET安插(参睹图2),以尽量减小穿过FET和电容的环道边缘的电感。

  众层PCB的散热效益好于2层PCB。为了升高散热和导电职能,应正在圭臬1盎司铜层上利用2盎司厚度的铜。众个 PGND层通过过孔连正在沿途也会有助助。图3显示一个4层 PCB计划的顶层、第三层和第四层上均漫衍有PGND层。

  反应(FB)和限流(ILIM)引脚是低信号电平输入,于是,它们对容性和感性噪声搅扰敏锐。FB和ILIM走线应避免接近高δI/δt走线。防卫不要让走线造成环道,导致不良电感加众。正在ILIM和PGND引脚之间加众一个小MLCC去耦电容 (如22 pF),有助于对噪声举办进一步滤波。

  比拟之下,对付ADP1829等双通道电压形式统制器,PGND1和PGND2引脚则是直接通过过孔相连到PGND层。

  图2所示为采用开闭统制器ADP1850的双道输出降压转换器的PCB结构。请防卫,电源器件的结构将电流环道面积和寄生电感降至最小。虚线体现高电流道途。同步和异步统制器均可能利用这一物理计议身手。正在异步统制器计划中,肖特基二极管庖代低端开闭。

  低值、低幅度信号道途,如补充和反应器件等,对噪声很敏锐。应让这些道途远分开闭节点和电源器件,省得注入搅扰噪声。

  全数开闭电源都具有类似的元件和宛如的电流道途敏锐性。于是,以针对电流形式降压调理器的 ADP1850为 例证据的教导法则同样合用于电压形式和/或升压开闭调理器的结构布线。

  为明白决噪声题目,普通必要花费数小经常间来举办实行室测试本领揪出真正的罪魁。然而良众时间咱们却察觉,噪声题目是由开闭电源的结构不妥而惹起的。

  正在重载条款下,功率MOSFET、电感和大电容的等效串联电阻(ESR)会发作豪爽的热。为了有用散热,图2的示例正在这些电源器件下面安插了大面积的铜。

  PCB物理计议(floor plan)极度首要,务必使电流环道面积最小,而且合理调理电源器件,使得电流顺畅活动,避免尖角和窄小的道途。这将有助于减小寄生电容和电感,从而肃清接地反弹。

  正在开闭转换器计划中,高电流道途和低电流道途相互极度接近。相易(AC)道途率领有尖峰和噪声,高直流(DC)道途会发作相当大的压降,低电流道途往往对噪声很敏锐。妥善PCB结构布线的闭节正在于确定闭节道途,然后调理器件,并供给足够的铜面积省得高电流败坏低电流。职能不佳的出现是接地反弹和噪声注入IC及体系的其余片面。

  为了避免搅扰噪声惹起精度降低,电流形式开闭调理器的电流检测道途结构务必安妥。双通道操纵加倍要加倍注意,肃清任何通道间串扰。

  图1所示为一个同步降压调理器计划,它搜罗一个开闭统制器和以下外部电源器件:高端开闭、低端开闭、电感、输入电容、输出电容和旁道电容。图1中的箭头体现高开闭电流流向。务必小心安插这些电源器件,避免发作不良的寄生电容和电感,导致过大噪声、过冲、响铃振荡和接地反弹。

  正在开闭调理器电道中,开闭(SW)节点是噪声最高的地方,由于它承载着很大的相易和直流电压/电流。此SW节点必要较大面积的铜来尽可以低落阻性压降。将MOSFET和电感相互接近放正在铜层上,可能使串联电阻和电感最小。

  对电磁搅扰、开闭节点噪声和响铃振荡更敏锐的操纵可能利用一个小缓冲器。缓冲器由电阻和电容串联而成(参睹图 6中的RSNUB和CSNUB),放正在SW节点与PGND层之间,可能降 低SW节点上的响铃振荡和电磁搅扰。防卫,加众缓冲器可以会使集体功用略微降低0.2%到0.4%。

  诸如DH、DL、BST和SW之类的开闭电流道途分开统制器后需安妥调理,避免发作过大寄生电感。这些线道承载的高δI/δt相易开闭脉冲电流可以到达3 A以上并接续数纳秒。高电流环道务必很小,以尽可以低落输出响铃振荡,而且避免拾取非常的噪声。

  栅极驱动走线(DH和DL)也要治理高δI/δt,往往会发作响铃振荡和过冲。这些走线应尽可以短。最好直接布线,避免利用馈通过孔。假设务必利用过孔,则每条走线应利用两个过孔,以低落峰值电流密度和寄生电感。

  GND层内的压降可以相当大,以致于影响输出精度。通过一条宽走线将AGND层相连到输出电容的负端(参睹图4),可能明显改革输出精度和负载调理。

  AGND层一起扩展到输出电容,AGND层和PGND层正在输出电容的负端相连到过孔。

  输入旁道电容和输入大电容的安插对付统制接地反弹至闭首要。输出滤波器电容的负端相连应尽可以接近低端 MOSFET的源,这有助于减小惹起接地反弹的环道电感。图2中的Cb1和Cb2是陶瓷旁道电容,这些电容的保举值局限是1 μF至22 μF。对付高电流操纵,应非常并联一个较大值的滤波器电容,如图2的CIN所示。

  正在DH或DL引脚上串联一个小电阻(约2 Ω至4 Ω)可能减慢栅极驱动,从而也能低落栅极噪声和过冲。其它,BST与SW 引脚之间也可能相连一个电阻(参睹图6)。正在结构时期用0 Ω栅极电阻保存空间,可能升高日后举办评估的生动性。加众的栅极电阻会延伸栅极电荷上升和降低年光,导致 MOSFET的开闭功率损耗升高。

  行为例子的开闭调理器结构采用双通道同步开闭统制器 ADP1850,第一步是确定调理器的电流道途。然后,举办物理计议和电源器件的研究。其余,咱们必要明白一点:电流道途裁夺了器件正在该低噪声结构布线计划中的位子。

  图2显示了另一种相连AGND和PGND层的身手,AGND层通过输出大电容负端相近的过孔相连到PGND层。图3显示了PCB上某个位子的截面,AGND层和PGND层通过输出大电容负端相近的过孔相连。

  全数电源器件(如低端开闭、旁道电容、输入和输出电容等)的负端相连到PGND层,该层承载高电流。

  明白电流道途、其敏锐性以及妥善的器件安插,是肃清 PCB结构计划噪声题目的闭节。ADI公司的全数电源器件评估板都采用上述结构布线教导法则来告终最佳职能。评估板文献UG-204和UG-205精细证据了ADP1850闭联的结构布线境况。

  这种众接地层门径也许隔断对噪声敏锐的信号。如图2所 示,补充器件、软启动电容、偏置输入旁道电容和输出反应分压器电阻的负端全都相连到AGND层。请勿直接将任何高电流或高δI/δt道途相连到隔断AGND层。AGND是一个平和的接地层,个中没有大电流流过。

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