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开关电源的输入电容的PCB设计技巧
发布时间:2024-11-28        浏览次数:14        返回列表
 在设计开关电源电路的PCB时,输入电容的布局和布线至关重要,它直接影响电路的性能、效率和EMI表现。以下是输入电容的PCB设计技巧:
1. 尽量靠近功率开关和输入端
理由:输入电容的主要作用是为开关管提供瞬态电流,减少电压波动。将输入电容靠近功率开关(MOSFET或IC)和输入引脚,可以最大程度降低寄生电感引起的电压尖峰。
做法:将输入电容紧贴Buck控制器或功率开关的VIN和GND引脚。
case2是故意将电容立起来,可以看到是噪声最大,蓝色的曲线;
case3是将输入电容跨接在VIN和GND之间,走线距离实现最短,是图中绿色曲线,噪声最小。
2. 优先使用低ESR和低ESL电容
理由:输入电容需要快速响应高频电流,低ESR(等效串联电阻)和低ESL(等效串联电感)电容可以更高效地滤除高频噪声。
做法:组合使用陶瓷电容(滤除高频噪声)和电解电容或钽电容(提供大容量)。
3. 减小电流回路面积
理由:Buck电路输入端的高频电流在输入电容和功率开关之间流动,回路面积越大,辐射EMI和寄生电感越高。
做法:确保输入电容的接地端(GND)与功率开关的接地端之间的路径最短。尽量将VIN和GND之间的回路做成小环。
4. 优化地平面连接
理由:输入电容的接地端需要直接连接到功率开关或IC的接地端,如果连接路径长或者有电流分流,会导致地电位不稳定。
做法:在电容接地端下方铺设完整的地平面。使用多个过孔将电容的GND焊盘连接到地平面。
5. 多颗电容并联优化布局
理由:单颗大容量电容可能无法提供足够低的ESR和ESL,多颗小容量电容并联可以分担高频电流并降低寄生参数。
做法:并联多颗陶瓷电容,通常选择 10µF、1µF 和 0.1µF 的组合。将不同容量的电容按频率需求排布:高频需求的电容更靠近开关。
实际的电容存在寄生电感与等效串联电阻。由于单个电容的ESR、ESL相近,他们的阻抗特性也是相近的,单个电容与多个特性相同的电容并联阻抗特性图
所以在这个场景中,我们需要一种:
1、1nF~10uF容量,精度要求不高;
2、由于用量比较大(电源管脚比较多),成本比较低、相同容量情况下体积比较小的电容;
3、ESR、ESL比较小的电容。(需要去耦的信号频率比较高,并保证去耦效果)
 
 避免使用长走线连接输入电容
理由:长走线增加寄生电感,导致输入端电压波动加剧,并可能产生尖峰电压。
做法:输入电容与控制器输入引脚之间的路径应尽可能短且直接,避免过长或多转角的布线。
 
8. 检查热分布
理由:输入电容处于高频电流中,可能因功耗引起发热。
确保电容周围有良好的散热路径。
如果使用多个电容分担电流,注意均匀布置它们,减少局部过热。
 

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