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2019.12.25 DC/DC

补充-输入电容器的选型

DC/DC转换器的电感和电容器的选定

本文是对“DC/DC转换器的电感和电容器的选型”一文中“输入电容器的选型”的补充。

输入电容器的选型-补充

在前面的文章中,为了对输入电容器进行选型,回顾了输入电容器和输出电容器作用,并介绍了输入电容器选型的关键要点、电压和纹波电流的额定值、纹波发热特性、陶瓷电容器的温度特性和DC偏置特性。

由于许多实际电路中的输入电容器是除前面文章中介绍的主要CIN外,还常与用来降低高频噪声的被称为“CBYPASS”的电容器相结合使用,因此在本文中将对CBYPASS进行补充说明。

输入电容器CBYPASS的作用

DC/DC转换器的输入需要电容量较大的输入电容器CIN,其作用是作为输出开关导通后从输入急剧流入电流时的电流供给源,用来降低此时产生的纹波电压。通过采用适合的CIN,可使输入电压相对于输出开关保持稳定。右图是经常用来解释相关内容的示意图。

但是,在实际的输入中,不仅有本来的输入电流ON/OFF带来的纹波,开关引起的高频电流转移也表现为电压尖峰或噪声。这些会作为噪声干扰给其他部分带来不利影响,因此需要降低。下图表示相对于输入中的电流转移,纹波与噪声的关系。

综上所述,输入中存在开关频率的纹波和高频噪声两种频段的噪声。

如前所述,CIN的主要目的是降低纹波电压,因此应该选用静电量容较大的电容器。然而,一般情况下,适合CIN的电容器在高频段的阻抗特性较差,即使能够有效降低纹波电压,也不能充分降低高频噪声。因此,就需要在更高频段增加阻抗低的电容器。为区别于CIN,将这种电容器称为“CBYPASS”。通常使用约0.1µF的陶瓷电容器。其目的与“用于降低高频噪声用的去耦(或旁路)电容器”相同。

下图是同时存在CIN和CBYPASS的电路示例,C2为CIN,C4为CBYPASS。另外,作为示例给出了CIN=22µF、CBYPASS=0.1µF的阻抗特性。输入可获得两种电容器的合成阻抗特性。

如果输入电容器的电容量较小也可以,则可以采用1个陶瓷电容器,CIN和CBYPASS并用。但是,需要确认电容器的阻抗特性以及产生的纹波和噪声的频率。

在PCB板上配置时的注意事项

输入电容器应尽量靠近IC的VIN引脚配置,这是PCB布局的大原则。众所周知,如果配置距离过远,将需要通过与其距离相应的PCB布线的寄生电感,因电感和急剧的电流ON/OFF,会产生意想不到的大尖峰电压。

此外,还有一个原则就是电容量小的电容器要配置于离噪声源近的位置。在这种情况下,由于VIN(PVIN)引脚对应噪声源,因此如电路图所示,从IC的PVIN看,应按CBYPASS(C4)、CIN(C2)的顺序进行配置。CIN一般选用小的积层陶瓷电容器,因此比较容易靠近IC的VIN引脚附近配置。

关键要点:

・在很多情况下,作为输入电容器,用来降低纹波的大容量电容器常与用来降低高频噪声的去耦电容器相结合使用。

・输入电容器应尽量靠近IC的VIN引脚进行配置,且去耦用电容器应配置于VIN端。

外围元器件的选型方法与PCB布局