開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)2024/4/3開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)2024/4/2開關(guān)1PartI.PCBLayoutGuidelinesTenSimpleRules開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PartI.PCBLayoutGuidelines2電容模型當(dāng)電容器工作頻率在f0

以下時:

當(dāng)電容器工作頻率在f0

以上時:

當(dāng)電容器工作頻率接近f0

時:

諧振頻率:

開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電容模型當(dāng)電容器工作頻率在f0以下時:當(dāng)電容器工作頻3電容參數(shù)封裝典型電感值(nH)瓷片電容06030.808051.012061.212101.0鉭電容08051.612062.214112.324122.8電解電容表面貼6.8引腳>10電容ESRESL10uF/10V瓷片4m?1.25nH100uF/10V鉭46m?3nH470uF/10V電解100m?15nH開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電容參數(shù)封裝典型電感值(nH)瓷片電容06030.80804電容并聯(lián)高頻特性電源步板基本要點(diǎn)之一：旁路瓷片電容的電容量不易太大,而它的寄生串聯(lián)電感量應(yīng)該盡量減小。多個電容并聯(lián)能改善單個電容的阻抗特性。最小容量的瓷片電容應(yīng)最靠近負(fù)載。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電容并聯(lián)高頻特性電源步板基本要點(diǎn)之一：旁路瓷片電容的電容量不5電感模型L:電感值EPR:等效并聯(lián)電阻Cp:等效并聯(lián)電感Ac:電流環(huán)路截面結(jié)Lm:電流環(huán)路周長開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感模型L:電感值A(chǔ)c:電流環(huán)路截面結(jié)開關(guān)電源PCBla6電感特性開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感特性開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)7電感特性電源步板基本要點(diǎn)之二：電感的寄生串聯(lián)電容量應(yīng)該盡量減小。電感引腳之間的距離越遠(yuǎn)越好。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感特性電源步板基本要點(diǎn)之二：電感的寄生串聯(lián)電容量應(yīng)該盡量減8鏡象面概念電源步板基本要點(diǎn)之三：避免在地層上放置任何功率或信號走線。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)鏡象面概念電源步板基本要點(diǎn)之三：避免在地層上放置任何功率或信9高頻交流電流環(huán)路電源步版基本要點(diǎn)之四：高頻交流環(huán)路的面積應(yīng)該盡量減小。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)高頻交流電流環(huán)路電源步版基本要點(diǎn)之四：開關(guān)電源PCBlayo10過孔(VIA)的例子電源步版基本要點(diǎn)之五：過孔放置不應(yīng)破壞高頻交流電流在地層上路徑。

開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)過孔(VIA)的例子電源步版基本要點(diǎn)之五：開關(guān)電源PCB11PCB板層分割電源步版基本要點(diǎn)之六：摸擬電源層與數(shù)字地層不應(yīng)有重疊。信號層應(yīng)有相應(yīng)的地層。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PCB板層分割電源步版基本要點(diǎn)之六：開關(guān)電源PCBlayou12降壓式(BUCK)電源：功率部分電流和電壓波形開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)降壓式(BUCK)電源：功率部分電流和電壓波形開關(guān)電源PCB13降壓式電源排版差的例子開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)降壓式電源排版差的例子開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)14電路等效圖MinimizeTheseInductances開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電路等效圖Minimize開關(guān)電源PCBlayout與電容電15PCBTrace-Via電感估算PCBTrace長1inch(2.54cm),PCB層厚0.1mmPCBTrace約為20nH/inchVia高1.6mmVia直經(jīng)0.5mmVia約為0.6nH/Via電源步版基本要點(diǎn)之七：要減小PCB走線的電感，減小PCB走線長度要減?。校茫逻^孔的電感，放置多個過孔開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PCBTrace-Via電感估算PCBTrace16PCBTrace-Via電感估算電源步版基本要點(diǎn)之八：SW焊盤面積要盡量小。SW焊盤下不要走信號線。SW焊盤與信號線之間需電源層或地層隔離。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PCBTrace-Via電感估算電源步版基本要點(diǎn)之八17焊盤(PAD)和旁路電容的放置焊盤旁路電容開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)焊盤(PAD)和旁路電容的放置焊盤旁路電容開關(guān)電源PCBla18降壓式電源排版的例子電源排版基本要點(diǎn)之九：功率器件所組成的電流環(huán)路面積要小。開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)降壓式電源排版的例子電源排版基本要點(diǎn)之九：開關(guān)電源PCBla19降壓式電源排版的例子電源排版基本要點(diǎn)之十：功率器件接功率地信號器件接信號地功率地與信號地單點(diǎn)連接（一根很短導(dǎo)線或一個或多個過孔）開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)降壓式電源排版的例子電源排版基本要點(diǎn)之十：開關(guān)電源PCBla20PartII.OutputCapacitorDesignRippleVoltageAnalysis開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PartII.OutputCapacitorDesi21高頻輸出瓷片電容特性Y5V電容值隨工作電壓而變化大Y5VESR值隨工作電壓而變化大Y5V電容值隨溫度而變化大開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)高頻輸出瓷片電容特性Y5V電容值隨工作電壓而變化大開關(guān)電源22高頻輸出瓷片電容特性10uF/10VY5V與1uF/10VX7R性能相差不大開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)高頻輸出瓷片電容特性10uF/10VY5V與1uF/123輸出濾波電容電路分析四顆1500μF，80m?電解電容并聯(lián)后電容值是6000μF，ESR是20m?電感紋波電流(ΔIL)為4.2A，輸出紋波電壓84mV(80x4.2/4)能不能并聯(lián)一個或多個瓷片電容來減小輸出電壓紋波值？開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)輸出濾波電容電路分析四顆1500μF，80m?電解電容開關(guān)24運(yùn)用直流電路分析方式：PSPICEAC模擬(圖A)瞬態(tài)模擬(圖B)

不能將輸出電容的阻抗簡單地轉(zhuǎn)換成ESR來進(jìn)行電路分析

輸出濾波電容電路分析開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)運(yùn)用直流電路分析方式：PSPICEAC模擬(圖A)瞬態(tài)25輸出濾波電容電路分析C1和C2的阻抗為：并聯(lián)后的CEQ和REQ為:開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)輸出濾波電容電路分析C1和C2的阻抗為：并聯(lián)后的CEQ26輸出濾波電容電路分析當(dāng)C1=C2和R1=R2，CEQ和REQ才與頻率無關(guān)。此時：如有n顆同一電容并聯(lián),并聯(lián)后的CEQ和REQ為:重新分析由四顆1500μF電解電容(C1)和一顆1μF瓷片電容(C2)所組成的輸出濾波電路:開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)輸出濾波電容電路分析當(dāng)C1=C2和R1=R2，27輸出濾波電容電路分析計(jì)算和模擬結(jié)果fS@300KHz1顆1μF1顆10μF2顆10μF3顆10μFZC120m?20m?20m?20m?ZC2530m?53m?27m?18m?ΔIC14.05A3.05A2.41A2.00AΔIC20.15A1.15A1.79A2.20AΔVOUT

81mV61mV48mV40mVΔVOUT

(PSPICE模擬)83mV63mV50mV42mV當(dāng)輸出瓷片電容由一顆增加到三顆，輸出紋波電壓值(ΔVOUT)被穩(wěn)定地控制在50mV以下。通過公式計(jì)算出來的ΔVOUT為40mV，而通過PSPICE模擬計(jì)算出來的ΔVOUT是42mV。

開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)輸出濾波電容電路分析計(jì)算和模擬結(jié)果fS@300KHz1顆28輸出濾波電容電路分析(A)四顆1500μF電解和一顆10μF瓷片并聯(lián)(B)四顆1500μF電解和二顆10μF瓷片并聯(lián)(C)四顆1500μF電解和三顆10μF瓷片并聯(lián)PSPICE模擬電路圖

開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)輸出濾波電容電路分析(A)四顆1500μF電解和一顆29PartIII.InductorCapacitanceEffectonVDSL開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)PartIII.InductorCapacitance30xDSL傳播速度圖ADSL/ADSL2可選用開關(guān)頻率大于1.1MHz的電源穩(wěn)壓器ADSL2＋可選用開關(guān)頻率大于2.2MHz的電源穩(wěn)壓器VDSL必須減小20MHz以下輸出電壓噪音開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)xDSL傳播速度圖ADSL/ADSL2可選用開關(guān)頻率大于31電感寄生電容影響在理想狀態(tài)下電感（L〕和電容（COUT〕將VD諧波全濾掉VOUT只剩下直流和極小的一次諧波開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感寄生電容影響在理想狀態(tài)下電感（L〕和電容（COUT〕將32電感寄生電容影響在理想狀態(tài)下電感（L〕和電容（COUT〕將VD諧波全濾掉VOUT只剩下直流和極小的一次諧波(fs=600KHz)開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感寄生電容影響在理想狀態(tài)下電感（L〕和電容（COUT〕將33電感寄生電容影響具有寄生電容的電感（L〕和電容（COUT〕無法將VD諧波全濾掉開關(guān)電源PCBlayout與電容電感設(shè)計(jì)電感寄生