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DC/DC

配置DC/DC轉換器的機板電路

輸入電容和二極體的配置

接下來就具體的元件配置進行介紹。本次介紹以下項目中的第三項“輸入電容和二極體的配置”。

輸入電容和二極體的配置

接下來介紹的PCB板佈局將以介紹電流路徑時使用的右側電路為基礎。請回憶本電路的同時看PCB板佈局圖。

首先,配置最重要的元件——輸入電容和二極體。

本章的最開始的“DC/DC转换器的PCB板布局概述”中的“PCB 佈局的要點”中提到“將輸入電容和二極體在與IC引腳相同的面,盡可能地配置在IC最近處”。這顯然是非常重要的要點,所以請務必記住。

輸入電容在電流電容較小的電源(IO≤1A)時,電容值也變小,因此有時1個陶瓷電容即可同時充當CIN和CBYPASS。這是因為陶瓷電容隨著電容值變小,其頻率特性變好。但是,不同陶瓷電容的頻率特性不同,因此需要確認實際使用產品的頻率特性。

CIN所用的大容值電容,如以下所示,一般特別頻率特性較差,因此,需要與CIN並聯配置頻率特性優異的高頻用去耦電容CBYPASS

CBYPASS請使用表面貼裝型的疊層陶瓷電容。

Figure 2. 陶瓷電容的頻率特性

Figure 2. 陶瓷電容的頻率特性

Figure 3-a. 理想的輸入電容配置

Figure 3-a. 理想的輸入電容配置

接下來,通過實際的佈局來介紹好的例子和不好的例子。

Figure 3-a表示理想的輸入電容佈局例。CBYPASS配置於與IC引腳相同面的最近處。

Figure 3-b. CBYPASS配置於與IC相同面的最近處時,CIN距離2cm左右也沒問題
與之相對, Figure 3-b為妥協的例子。

Figure 3-b. CBYPASS配置於與IC相同面的最近處時,CIN2cm左右也沒問題

與之相對, Figure 3-b為妥協的例子。

CBYPASS供給大部分脈衝狀的電流,因此大容量電容CIN如Figure 3-b所示,離開2cm左右也沒問題,但請遵循前面提到的“盡可能地接近IC”。

Figure 3-c. 將CIN配置於背面時擔心紋波電壓増加

Figure 3-c. 將CIN配置於背面時
擔心紋波電壓増加

因空間原因無法在IC相同面配置CIN時,以正確配置了CBYPASS為前提,可如Figure3-c所示,借助導通孔配置於背面。

但是,此時,可能能夠回避雜訊相對風險,但因導通孔電阻的影響,在大電流時紋波電壓可能會増加,因此需要進行實際確認。

Figure 3-d. 不可進行的輸入電容配置,受導通孔電感影響雜訊増加

Figure 3-d. 不可進行的輸入電容配置,
受導通孔電感影響雜訊増加

下面的Figure 3-d為CBYPASS和CIN配置於背面的佈局。

本佈局受導通孔的電感成分影響,電壓雜訊増加,因此絕對不可進行這樣的佈局。

Figure 3-e. 理想的續流二極體的配置

Figure 3-e. 理想的續流二極體的配置

Figure 3-e 為CBYPASS、CIN及二極體D1的理想佈局。

CBYPASS配置於IC的VIN引腳及GND引腳最近處是非常重要的。

但是,降壓型轉換器時,即使將CBYPASS配置於IC的最近處,CIN的接地也存在數百MHz的高頻。因此,建議CIN的接地和輸出電容CO的接地離開1cm~2cm進行配置。

二極體D1也配置於與IC引腳同面的最近處。二極體使用最短且較寬的佈線,需要直接連接於IC的開關引腳和GND引腳。

借助導通孔配置於背面時,受導通孔電感的影響,雜訊將增加,因此絕對不可借助導通孔。

Figure 3-f. 不理想的二極體佈局

Figure 3-f. 不理想的二極體佈局

Figure 3-f是不好的二極體佈局示例。

CBYPASS、IC的IN引腳及GND引腳的距離較遠,因此受佈線電感的影響產生電壓雜訊/振鈴。

二極體、IC的開關引腳和GND引腳和的距離較遠,因此佈線電感増加,尖峰雜訊變大。

CBYPASS的配置不當,即未接近配置時,受佈線長度或導通孔影響寄生電感增加。從而隨著開關而產生較大振鈴。

此外,到輸入電容的環路成為天線,雜訊輻射到周邊。

下面的波形是CBYPASS離開2mm時和10mm時的波形。可見振鈴明顯變大。

前面的說明中也略有提到,這是因為佈局的影響非常直接地顯示出來的結果。在實際的佈局工作中,可能有時不得不妥協。但是,請儘量將妥協部分控制在最低限度,爭取達到理想佈局。

重點:

・最好最先從輸入電容和二極體的配置開始。

・將輸入電容和二極體在與IC引腳相同的面,盡可能地配置在IC最近處是鐵則。

・寄生電感會導致雜訊,因此導通孔的使用需要充分探討。電流開關的位置需要注意。


週邊元件的選擇和PCB佈局