开关电源LAYOUT与电容电感的设计共38页.ppt

开关电源LAYOUT与电容电感的设计开关电源LAYOUT与电容电感的设计开关电源LAYOUT与电容电感的设计MPSShanghaiOfficeJuly2006PowerSupplyPCBLayout/OutputCapacitorDesignPartI.PCBLayoutGuidelinesTenSimpleRules

MPSShanghaiOfficeJuly2006PowerSupplyPCBLayout/OutputCapacitorDesign

PartI.PCBLayoutGuidelinesTenSimpleRules

电容模型当电容器工作频率在f0以下时:当电容器工作频率在f0以上时:当电容器工作频率接近f0时:谐振频率:

电容参数封装典型电感值(nH)瓷片电容06030.808051.012061.212101.0钽电容08051.612062.214112.324122.8电解电容表面贴6.8引脚10电容ESRESL10uF/10V瓷片4m?1.25nH100uF/10V钽46m?3nH470uF/10V电解100m?15nH

电容并联高频特性电源布板基本要点之一：旁路瓷片电容的电容量不易太大,而它的寄生串联电感量应该尽量减小。多个电容并联能改善单个电容的阻抗特性。最小容量的瓷片电容应最靠近负载。

电感模型L:电感值EPR:等效并联电阻Cp:等效并联电感Ac:电流环路截面结Lm:电流环路周长

电感特性

电感特性电源步板基本要点之二：电感的寄生串联电容量应该尽量减小。电感引脚之间的距离越远越好。

镜象面概念电源步板基本要点之三：避免在地层上放置任何功率或信号走线。

高频交流电流环路电源步版基本要点之四：高频交流环路的面积应该尽量减小。

过孔(VIA)的例子电源步版基本要点之五：过孔放置不应破坏高频交流电流在地层上路径。

PCB板层分割电源步版基本要点之六：模拟电源层与数字地层不应有重叠。信号层应有相应的地层。

降压式(BUCK)电源：功率部分电流和电压波形

降压式电源排版差的例子

电路等效图MinimizeTheseInductances

PCBTrace-Via电感估算PCBTrace长1inch(2.54cm),PCB层厚0.1mmPCBTrace约为20nH/inchVia高1.6mmVia直经0.5mmVia约为0.6nH/Via电源步版基本要点之七：要减小PCB走线的电感，减小PCB走线长度要减小ＰＣＢ过孔的电感，放置多个过孔

PCBTrace-Via电感估算电源步版基本要点之八：SW焊盘面积要尽量小。SW焊盘下不要走信号线。SW焊盘与信号线之间需电源层或地层隔离。

焊盘(PAD)和旁路电容的放置焊盘旁路电容

降压式电源排版的例子电源排版基本要点之九：功率器件所组成的电流环路面积要小。

降压式电源排版的例子电源排版基本要点之十：功率器件接功率地信号器件接信号地功率地与信号地单点连接（一根很短导线或一个或多个过孔）

PartII.OutputCapacitorDesignRippleVoltageAnalysis

高频输出瓷片电容特性Y5V电容值随工作电压而变化大Y5VESR值随工作电压而变化大Y5V电容值随温度而变化大

高频输出瓷片电容特性10uF/10VY5V与1uF/10VX7R性能相差不大

输出滤波电容电路分析四颗1500μF，80m?电解电容并联后电容值是6000μF，ESR是20m?电感纹波电流(ΔIL)为4.2A，输出纹波电压84mV(80x4.2/4)能不能并联一个或多个瓷片电容来减小输出电压纹波值？

运用直流电路分析方式：PSPICEAC模拟(图A)瞬态模拟(图B)不能将输出电容的阻抗简单地转换成ESR来进行电路分析输出滤波电容电路分析

输出滤波电容电路分析C1和C2的阻抗为：并联后的CEQ和REQ为:

输出滤波电容电路分析当C1=C2和R1=R2，CEQ和REQ才与频率无关。此时：如有n颗同一电容并联,并联后的CEQ和REQ为:重新分析由四颗1500μF电解电容(C1)和一颗1μF瓷片电容(C2)所组成的输出滤波电路:

输出滤波电容电路分析计算和模拟结果fS300KHz1颗1μF1颗10μF2颗10μF3颗10μFZC120m?20m?20m?20m?ZC2530m?53m?27m?18m?ΔIC14.05A3.05A2.41A2