开关电源传导篇

发布时间 2023-09-20 16:48:21作者: liushao

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布线(Layout)设计概念

由之前的介绍可知,电场干扰与磁场干扰是电磁干扰里最大的干扰源,不但布线的走线会大大的影响电场与磁场的耦合路径,也会因布线的寄生组件而影响电源的特性,因此良好的布线方式是从事电源设计不可缺少的能力之一,不但多数的电性问题皆因不良的布线导致,电磁干扰的好坏也与布线习习相关,不论是传导或辐射。

多数的布线工程师并不知道怎样的走线方式较好,而只认为每个节点都接到即可,愈资深的工程师则愈会对布线有所要求,以作者的经验,60%以上的电性不良皆是因布线所致,而在此将布线的基本概念概述如下:

5.1 安规距离与制程要求

此为最基本要求,任何产品皆需要达到安规规范,而不同的产线也会有不同的制程要求,像是组件本体大小,各组件之间的距离,接点大小,白漆…等,一般此规范会由各家布线工程师管控,因此在这里不做多述。

5.2 电源路径与信号路径需分开

在开关电源设计里,信号可分为大电流与小电流的,以 反激式(flyback)架构为例,大电流是由输入电源进来至滤波器,桥式,大电容,变压器,初级侧开关,次级侧二极管,输出电容到输出线材等走大电流的路径称为电源路径(power trace);而走小电流的路径就称为信号路径(signal trace),像是IC周边的组件或回授电路。

电压愈大会有较大电场的产生,而电流愈大则会有愈大磁场的产生,而周边组件,特别是良导体愈靠近此电场或磁场就会耦合愈大的能量,因此在做布线安排时,尽量让电源路径与信号路径分开来走,以免信号路径被干扰产生误动作,也避免干扰源藉由其他导体放大其干扰信号,在此将电源路径与信号路径分别说明如下:

5.2.1 电源路径的基本概念

把布线的路径想象成一条水流(即电流),水流自然会往河流愈宽的地方流(走线愈粗的地方),而且也自然会往低处流(往目标,即输出端流),在电源路径上的组件皆应该照顺序流过,否则会大大地衰减其作用。

电容是储存电荷的组件,愈大的电容可储存愈多的电荷,因此在看电源路径时,可视电流由电容正端出发,经由开关组件的回路后再回到电容的负端形成开关回路。

图20为一升压加反激(PFC+Flyback)架构的例子,PFC前端会有一颗小电容,PFC会由此电容形成一导通回路(绿色箭头)经电感,MOSFET,Rsense回小电容,与截止回路(紫色箭头)经电感,二极管,大电容回小电容;即电流由电容的正端出发,经一回路之后再回到电容的负端;

同理,Flyback由大电容的正端开始,经变压器,MOSFET,Rsense后再回到大电容负端;输出则由变压器的正端,经输出二极管,输出电容后回到变压器的负端。