新聞中心

EEPW首頁 > EDA/PCB > 設(shè)計應用 > 開關(guān)電源的輸入電容的PCB設(shè)計技巧

開關(guān)電源的輸入電容的PCB設(shè)計技巧

作者: 時間:2024-11-28 來源:硬十 收藏

在設(shè)計電路的時,輸入電容的布局和布線至關(guān)重要,它直接影響電路的性能、效率和EMI表現(xiàn)。以下是輸入電容的設(shè)計技巧:

本文引用地址:http://2s4d.com/article/202411/465025.htm

1. 盡量靠近功率開關(guān)和輸入端

  • 理由:輸入電容的主要作用是為開關(guān)管提供瞬態(tài)電流,減少電壓波動。將輸入電容靠近功率開關(guān)(MOSFET或IC)和輸入引腳,可以最大程度降低寄生電感引起的電壓尖峰。

  • 做法:將輸入電容緊貼Buck控制器或功率開關(guān)的VIN和GND引腳。

    如下圖中,case1是中規(guī)中矩靠近芯片防止,檢測到其輻射的噪聲是圖中紅色的曲線;

    case2是故意將電容立起來,可以看到是噪聲最大,藍色的曲線;

    case3是將輸入電容跨接在VIN和GND之間,走線距離實現(xiàn)最短,是圖中綠色曲線,噪聲最小。

2. 優(yōu)先使用低ESR和低ESL電容

  • 理由:輸入電容需要快速響應高頻電流,低ESR(等效串聯(lián)電阻)和低ESL(等效串聯(lián)電感)電容可以更高效地濾除高頻噪聲。

  • 做法:組合使用陶瓷電容(濾除高頻噪聲)和電解電容或鉭電容(提供大容量)。



    實際電容器



3. 減小電流回路面積

  • 理由:Buck電路輸入端的高頻電流在輸入電容和功率開關(guān)之間流動,回路面積越大,輻射EMI和寄生電感越高。

  • 做法:確保輸入電容的接地端(GND)與功率開關(guān)的接地端之間的路徑最短。盡量將VIN和GND之間的回路做成小環(huán)。



4. 優(yōu)化地平面連接

  • 理由:輸入電容的接地端需要直接連接到功率開關(guān)或IC的接地端,如果連接路徑長或者有電流分流,會導致地電位不穩(wěn)定。

  • 做法

    • 在電容接地端下方鋪設(shè)完整的地平面。

    • 使用多個過孔將電容的GND焊盤連接到地平面。



5. 多顆電容并聯(lián)優(yōu)化布局

  • 理由:單顆大容量電容可能無法提供足夠低的ESR和ESL,多顆小容量電容并聯(lián)可以分擔高頻電流并降低寄生參數(shù)。

  • 做法

    • 并聯(lián)多顆陶瓷電容,通常選擇 10μF、1μF 和 0.1μF 的組合。

    • 將不同容量的電容按頻率需求排布:高頻需求的電容更靠近開關(guān)。


      實際的電容存在寄生電感與等效串聯(lián)電阻。由于單個電容的ESR、ESL相近,他們的阻抗特性也是相近的,單個電容與多個特性相同的電容并聯(lián)阻抗特性圖

      容值不同的電容

      所以在這個場景中,我們需要一種:

      1、1nF~10uF容量,精度要求不高;

      2、由于用量比較大(電源管腳比較多),成本比較低、相同容量情況下體積比較小的電容;

      3、ESR、ESL比較小的電容。(需要去耦的信號頻率比較高,并保證去耦效果)



6. 避免使用長走線連接輸入電容

  • 理由:長走線增加寄生電感,導致輸入端電壓波動加劇,并可能產(chǎn)生尖峰電壓。

  • 做法:輸入電容與控制器輸入引腳之間的路徑應盡可能短且直接,避免過長或多轉(zhuǎn)角的布線。




8. 檢查熱分布

  • 理由:輸入電容處于高頻電流中,可能因功耗引起發(fā)熱。

  • 做法

    • 確保電容周圍有良好的散熱路徑。

    • 如果使用多個電容分擔電流,注意均勻布置它們,減少局部過熱。

      要關(guān)注電容周圍的熱源,也要關(guān)注電容的自發(fā)熱,要關(guān)注上圖中其能夠承受的最大有效電流的值。



通過以上技巧,可以顯著優(yōu)化電路輸入電容的設(shè)計,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、效率,并降低EMI問題。如果需要更具體的示意圖或工具支持,可以進一步討論!




評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉