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2020.11.11 DC/DC

电感的配置

升压型DC/DC转换器的PCB布局

上一篇文章已就升压型DC/DC转换器的输出电容器和升压型DC/DC转换器的续流二极管的配置进行了说明。本文将继续就升压型DC/DC转换器需要配置的元器件--电感的配置进行说明。

电感的配置

完成升压型DC/DC转换器的输出电容器和升压型DC/DC转换器的续流二极管的配置后,我们来配置升压型DC/DC转换器的电感。

为了尽量地降低来自开关节点的辐射噪声,应将电感L配置在开关MOSFET Q2附近,并尽量避免扩大不必要的布线铜箔面积。考虑到降低布线电阻和利用铜箔散热,可通过采取扩大铜箔面积的方法,但是若面积过大,则可能起到天线的作用,从而增大EMI。

在考虑布线电阻、散热、天线效应的基础上,电流耐受能力是决定布线宽度的因素之一。在下表中,记录了因流过的电流和导体宽度而引起的温升情况。例如,当2A的电流流经导体厚度为35µm的布线时,如果要将温升控制在20℃以下,需要参考Δt=20℃的曲线(淡蓝色)2A时的布线宽度。此时,导体宽度只要有0.53mm就可以了。

实际上,由于布线受到外围元器件的发热和环境温度的影响,因此,建议选择具有足够余量的导体宽度。例如,若为1OZ(35µm)的电路板,则每1A其导体宽度应为1mm以上,若为2OZ(70µm)的电路板,则每1A其导体宽度应为0.7mm以上等,且一般情况下考虑了余量的设计规则也适用于其他情况。

从EMI的角度对布线面积进行优化的布局示例,以及扩大不必要布线面积的不良布局示例如下所示。图中已加深说明对象部分的颜色。

关于电感的配置,还需注意其他两点。其一,电感的正下方不可配置接地层。由于接地层产生的涡电流导致磁力线发生抵消效应,因此会造成电感L的电感值降低,损耗增加(Q降低)(参见下图左侧)。非接地的信号线也有因涡电流使开关噪声传递到信号线的可能性。因此,在任何情况下,应避免电感正下方的布线。不得不布线时,请使用漏磁较少的闭磁路电感。

其二,电感引脚间的距离。如上图右侧的示例所示,由于引脚部分的铜箔面积过大,当引脚间的实际距离过近时,开关节点的高频信号经由杂散电容,电容被诱导至输入。如其他布线示例所示,应尽量缩小电感引脚用的铜箔。

关键要点:

・升压型DC/DC转换器的电感应配置在开关MOSFET Q2的附近,并且布线的铜箔面积不可过大。

・电流耐受能力是决定布线宽度的因素之一,建议选择具有足够余量的宽度。

・升压型DC/DC转换器的电感的正下方不可配置接地层。非接地的信号线也应尽量避免。

・不得不在升压型DC/DC转换器的电感的正下方布线时,应使用漏磁较少的闭磁路电感。

・升压型DC/DC转换器的电感引脚间距离不能过近。

外围元器件的选型方法与PCB布局