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DC/DC

配置DC/DC轉換器的機板電路

銅箔的阻抗﹙resistance﹚和電感﹙inductance﹚

機板設計雖然重要,不過除了設計之外,有時候也應該事先了解機板或銅箔主體。這次要說明機板的構造或材料相關特性、以及銅箔的阻抗和電感。

關於機板

右圖為機板的切面模式圖。此為機板的基本構造和特性,請事先牢記。重點條列如下:

  • 表面及背面銅箔的内層和厚度大多不同。
  • 基材的銅箔大多比較厚,散熱性高。
  • 基材為通用厚度,以玻纖板﹙prepreg﹚調整厚度。
  • 視基材和玻纖板的種類而定,有些材質會產生偏移﹙migration﹚,有時無法承受高濕度測試。
D4_10_pcb

銅箔的阻抗

理所當然,銅箔(配線)是有阻抗的。由於在大電流流動的條件下會產生導通損失,也就是電壓下降或發熱,因此大電流線路有必要檢閱銅箔的阻抗値。

銅箔的阻抗以單位面積來思考。Figure 10表銅箔每單位面積之阻抗值。條件為一般厚35µm、寬1mm、長1mm銅箔之阻抗値。

一般阻抗的計算以下列公式可以表示。

D4_10_fomu1.gif

D4_10_fig10

若依Figure 10每單位面積之阻抗値RP 進行計算,則結果如下:

D4_10_fomu2

例如,25℃時,寬3mm、長50mm銅箔的阻抗値在進行以下計算後將為8.17mΩ。

D4_10_fomu3

由此阻抗値可知,3A電流流動時之電壓下降為24.5mV。此外,溫度上升到100℃時,從圖表可知阻抗値將增加29%。因此,電壓下降也將增為31.6mV。

此銅箔導致的電壓下降視必要條件而定,有時會成為極大的問題,因此基本上必須從電流和溫度條件來討論配線幅度。

銅箔的電感

銅箔理所當然也存在著電感。請抱持有阻抗、電容、電感等寄生成分存在的想法。

銅箔的電感﹙亦即感應係數,inductance﹚公式如下:

D4_10_fomu4

由此公式可以知道,電感﹙感應係數﹚幾乎不受銅箔厚度左右。

Figure 11為銅箔的電感﹙感應係數﹚計算值。從圖表可以知道,即使線幅2倍時,令人意外地,電感﹙感應係數﹚也不會下降。

想抑制寄生電感的影響,將配線長度變短是最佳解決方案。

倘若在電感L[H]之印刷配線﹙printed wiring﹚間所傳播之電流於時間t[s]內變化i[A],則其印刷配線兩端將發生以下電壓。

D4_10_fomu5

例如,若寄生電感6nH之印刷配線有2A電流流動10ns,則將發生以下電壓。

D4_10_fomu6

D4_10_fig11

寄生電感也視條件而定,除了會導致大電壓的發生並影響動作外,有時還會使零件破損,必須特別注意。

重點:

・事先了解機板的基本構造。

・銅箔的阻抗在電壓下降後顯現,對溫度有相依性。

・銅箔的電感視情況而定,有時會使高電壓發生,必須注意。

・降低電感的有效方法是縮短配線。


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