西部数据|电源PCB上电感应该如何安放?

西部数据|电源PCB上电感应该如何安放?

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用于电压转换的开关稳压器通常使用电感来临时存储能量 , 这些电感的尺寸通常非常大 , 必须在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中为其安排位置 。 这项任务并不难 , 因为通过电感的电流可能会变化 , 但并非瞬间变化 , 可能是连续的 , 通常相对缓慢 。
开关稳压器在两个不同路径之间来回切换电流 。 这种切换非常快 , 具体切换速度取决于切换边缘的持续时间 。 开关电流流经的走线称为热回路或交流电流路径 , 其在一个开关状态下传导电流 , 在另一个开关状态下不传导电流 。
在PCB布局中 , 应使热回路面积小且路径短 , 以便最大限度地减小这些走线中的寄生电感 。 寄生走线电感会产生无用的电压失调并导致电磁干扰(EMI) 。


图1.用于降压转换的开关稳压器(带如虚线所示的关键热回路)
图1所示为一个降压调节器 , 其中关键热回路显示为虚线 。 可以看出 , 线圈L1不是热回路的一部分 。 因此 , 可以假设该电感器的放置位置并不重要 。 使电感器位于热回路以外是正确的——因此在第一个实例中 , 安放位置是次要的 , 不过也应遵循一些规则:

  • 不得在电感下方(PCB表面或下方都不行)、在内层里或PCB背面布设敏感的控制走线 。 受电流流动的影响 , 线圈会产生磁场 , 结果会影响信号路径中的微弱信号 。 在开关稳压器中 , 一个关键信号路径是反馈路径 , 其将输出电压连接到开关稳压器IC或电阻分压器 。
  • 实际线圈既有电容效应 , 也有电感效应 。 第一个线圈绕组直接连接到降压开关稳压器的开关节点 , 如图1所示 。 结果 , 线圈里的电压变化与开关节点处的电压一样强烈而迅速 。 由于电路中的开关时间非常短且输入电压很高 , PCB上的其他路径上会产生相当大的耦合效应 。 因此 , 敏感的走线应该远离线圈 。
【西部数据|电源PCB上电感应该如何安放?】
图2.带有线圈安放位置的ADP2360降压转换器的示例电路
图2所示为ADP2360的示例布局 。 在本图中 , 图1中的重要热回路标为绿色 。 从图中可见 , 黄色反馈路径离线圈L1有一定距离 。 它位于PCB的内层 。
一些电路设计者甚至不希望线圈下的PCB中有任何铜层 。 例如 , 它们会在电感下方提供切口 , 即使在接地平面层中也是如此 。 其目标是防止线圈下方接地平面因线圈磁场形成涡流 。 这种方法没有错 , 但也有争论认为 , 接地平面要保持一致 , 不应中断:
  • 用于屏蔽的接地平面在不中断时效果最佳 。
  • PCB的铜越多 , 散热越好 。
  • 即使产生涡流 , 这些电流也只能局部流动 , 只会造成很小的损耗 , 并且几乎不会影响接地平面的功能 。
虽然开关稳压器的线圈不是临界热回路的一部分 , 但不在线圈下方或靠近线圈处布敏感的控制走线却是明智的 。 PCB上的各种平面 , 例如接地平面或VDD平面(电源电压) , 可以连续构造 , 无需切口 。
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