關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的設(shè)計(jì)心得
- 發(fā)布時(shí)間:2024-09-02 17:14:33
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開關(guān)電源是以功率MOS為核心的電能變換器,除了芯片自身的參數(shù)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生較大影響外,PCB的設(shè)計(jì)也是非常重要。
今天,我們將以簡(jiǎn)單的Buck電路為例,從不同的角度出發(fā),和大家分享一下關(guān)于開關(guān)側(cè)PCB鋪銅的一些設(shè)計(jì)心得。
01首先,開關(guān)側(cè),也就是我們常說(shuō)的SW,是Buck電路中非常關(guān)鍵的位置,它是輸入回路和輸出回路的交點(diǎn),同時(shí)也是橋臂功率MOS直接相連的地方。
一般來(lái)說(shuō),和功率MOS相連的信號(hào),PCB的鋪銅面積都要盡可能設(shè)計(jì)得大一些,主要是兩方面的考量:
一方面是功率回路需要走較大的電流,在相同距離上,增加鋪銅寬度可以增大走線的通流能力,降低路徑損耗。
另一方面,和功率MOS直接相連的鋪銅,也承擔(dān)著器件散熱的角色。我們知道,散熱能力往往會(huì)成為電源芯片輸出能力的瓶頸。由于芯片pin腳的導(dǎo)熱性較好,芯片內(nèi)核到PCB的熱阻往往會(huì)小于到封裝表面的熱阻,這也就意味著芯片大部分熱是通過(guò)芯片pin腳導(dǎo)入PCB后耗散的,那增加SW的鋪銅面積,對(duì)于Buck芯片的散熱能力,也會(huì)有一定程度的提升。
02但是,這是否就意味著SW的鋪銅越大越好呢?
答案是否定的。
如果從噪聲維度去看,SW承接著Buck 拓?fù)涞妮斎牖芈泛洼敵龌芈罚S著MOS的開關(guān)切換,SW處的電壓也會(huì)產(chǎn)生周期性的脈沖變化。同時(shí),SW的電流也隨著MOS的高頻切換,呈現(xiàn)規(guī)律性的波動(dòng)。
當(dāng)SW鋪銅面積變大,那么對(duì)參考地的寄生電容也會(huì)隨之增大,高頻電壓波動(dòng)帶來(lái)的噪聲更容易通過(guò)寄生電容耦合到參考地, 從而影響其它采樣信號(hào)的識(shí)別。
同時(shí),變化的電流會(huì)在空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),當(dāng)磁導(dǎo)線穿過(guò)閉合線圈時(shí),則會(huì)感應(yīng)出電壓噪聲,對(duì)附近的信號(hào)產(chǎn)生一定的影響。隨著鋪銅面積的增加,干擾的輻射范圍也就越廣。
所以,為了盡可能減小對(duì)周邊信號(hào)的影響,我們希望SW的鋪銅面積越小越好。
另外,我們也不建議在SW處打過(guò)孔。
在實(shí)際應(yīng)用中,為了減小電源噪聲對(duì)信號(hào)鏈的影響,我們會(huì)在電源層下面加一層完整的GND作為噪聲屏蔽層。一旦SW處增加了過(guò)孔,就破環(huán)了屏蔽層的完整性,噪聲就會(huì)沿著過(guò)孔干擾到其它層的信號(hào)傳輸。
03那么,如何解決上述的矛盾呢?
1SW的鋪銅寬度需要保證橫截面有足夠的電流通流能力,這個(gè)是首要條件。一般來(lái)說(shuō),1OZ銅厚的PCB,走線寬度設(shè)計(jì)在15mil/A左右比較合理。在這個(gè)基礎(chǔ)上,盡可能縮短SW到電感之間的距離,來(lái)減小對(duì)周邊信號(hào)的干擾。
2我們可以通過(guò)增加電源芯片GND鋪銅以及輸入鋪銅的面積,來(lái)提升MOS的散熱能力。這樣就可以巧妙地化解這個(gè)設(shè)計(jì)上的矛盾點(diǎn)。
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