正确的布局和元件放置对于DC-DC转换器
0 2023-11-29

正确的布局和元件放置对于DC-DC转换器非常重要,有利于充分发挥转换器的功能。布局不当可能会增加输出电压纹波或者更高的EMI噪声,或者转换器散热不足,导致异常温升,上述问题可以通过适当的布局方法来解决。适当的布局有助于提高转换器的性能。但是每个设计都有自己的要求。因此,布局规则很难标准化。


下面介绍发现一些有用的方法,提供一些适合和不适合的布局方式,你们可以从中调整自己的设计。

一、DC-DC转换器电流路径

下图红色的线显示了转换器的电流路径,添加输入和输出电容(Cin,Co)的目的是降低输入电流和输出电压纹波。转换器输入/输出侧的电流路径如下图a所示,将Cin和Co放置在转换器附近图b显示输入电容离转换器比较远或者不要放在同一层,可能会增加输入电流纹波,导致高输出纹波噪声或者转换器不稳定。如果布局路径在转换器和负载点之间有很长都距离,如下图c所示,建议在两端连接电容以减少输出电容纹波。推荐输入/输出电容布局

二、PCB Layout 和走线

适当的覆铜面积有助于转换器通过引脚散热。在实际应用中,单层PCB很难有足够的散热面积。所以,最常用的方法是通过多层板来增加PCB面积,并使用通孔进行连接。通孔可以帮助热量传导到其他PCB层,下图a比较合适的布局,PCB布局或者走线不足,下图b转换器无法将热量散发到PCB,因此转换器在高温状态下运行,可能会导致转换器损坏。推荐的PCB走线和通孔PCB载流能力可以分为内部和外部,并且内部电路的最大载流能力设置为外部电路的一半。下图为外部和内部电路的载流图
此外,还可以使用下面的公式来计算PCB布局布线
  • K:校正因子,内部:0.024;外部:0.048。
  • △T:PCB温升(℃)
  • A: PCB 横截面积 (mil 2 )
  • I:最大载流能力(A)
假设电流为1A,PCB厚度为1oz/ft 2,温升为10°C。结果是,对于内层,它需要 3080 万,对于外层,它需要 1180 万。如上图,同等给条件下,外层需要17mil,而内层需要4400万,建议使用更宽的值。

三、EMI组件的放置

EMI分为传导噪声和辐射噪声。传导噪声是通过电线或PCB走线传导的噪声。辐射噪声指区域发射(辐射)的噪声。关于EMI的更多内容,欢迎阅读以下文章:PCB设计如何降低EMC?看这一文,图文结合帮你减少EMC每个应用程序都有相关的EMI要求。例如用于工业或医疗应用的EN55011 (CISPR11),以及 ICT 应用中常用的 EN55032 (CISPR32)。Marine 需要遵守 EN60945。转换器的数据表示显示MI的外部电路。PI过滤器、安规电容式解决EMI最常用的方法,选择正确的零件非常重要,此外,放置和布局通过会影响EMI结果,下面介绍一些EMI外围的布局方法。1、PI滤波器PI滤波器是一种常见的EMI外接电路,由电感和电容组成。推荐的布局如下图a所示,避免造成不必要的噪音干扰。如下图b,不要直接在电感下方布线推荐的PI滤波器布局2、共模扼流滤波器当共模电流(I CM)流入时,I CM方向相同。增强了磁通量,增加了共模电感的电感量,从而抑制了共模电流。当差模电流(I DM)流入时,两边的共模电流方向相反,磁通量被抵消,I DM直接通过。共模扼流滤波器图

图a显示了CMC滤波器推荐的PCB布局,不要直接在CMC滤波器下方布线。如下图b所示,CMC滤波器的输出端不要越过。或者输入输出端靠得太近,以免降低能力,如下图c所示。推荐的CMC滤波器布局3、安规电容安规电容是指电容失效后不会引起触电,包括X和Y电容X电容跨接在电源线的两条线上。X电容可以抑制差模干扰,常用于AC-DC转换器应用中。Y电容可以抑制共模干扰,通常跨级在转换器的初级和次级之间。主要是为次级共模电流提供一个电流回路到初级侧,减少共模电流对输出侧的影响,如下图所示:Y电容原理图下图显示了Y电容的推荐布局,需要确认电容的隔离电压高于实际应用。否则,会损坏Y电容,所以,如果隔离电压要求高,初级和次级走线不宜太近。如图b,如果转换器外壳是金属的,则Y电容不应该离转换器太近,以免隔离距离不足。推荐的Y电容布局

四、DC-DC转换器的a布局技巧

普通转炉和砖式转炉最大的区别是砖式转炉有铝底板。因此EMI的解决方法与一般的解决方案略有不同。1、在转换器的同一层,预留与转换器相同尺寸的PCB区域,并将其连接到底板螺孔,如下图所示。2、不建议将底板连接刀到系统地,除非产品数据表中有说明。3、为了更好的工作温度,铝基板可以通过隔离的导热焊盘连接到系统外壳。4、输入和输出引脚连接到铝基板的Y电容,可以实现更好的EMI性能。5、将Y电容连接到尽可能靠近输入或者输出的位置,如下图所示:


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