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2018年3月22日DC / DC

开关节点的振铃

配置DC / DC转换器的机板电路

在探讨DC / DC转换器的PCB板布局之前,需要了解实际的印刷电路板中存在寄生电容和寄生电感。它们的影响之大超出想像,即使电路没错,因布局而产生无法按预期工作的情况,往往是因为对它们的考虑不足。本次就“开关节点的振铃”来验证其主要原因。在设计实际的布线图形时,对寄生成分等的处理无处不在。

本章中还就以下项目进行说明,要理解各专案需要参考前后相对专案,因此下面列出包括计画在内的项目一览。

实际的电路模型和开关节点的振铃

下图表示同步整流型降压型DC / DC转换器电路的寄生电容和寄生电感。即蓝色的Ç和L.在实际的电路中,存在印刷电路板的寄生电容和寄生电感,开关ON时及关断时产生如示意图所示的高频振铃。

印刷布线的电感值每1毫米约1nH的左右。也就是说,如果布线过长(多余布线),布线电感值将增高。此外,开关用MOSFET的上升(吨[R)及下降(吨F)时间一般为数ns的。因寄生成分而产生的电压和电流可通过以下公式计算。

另外,在10nH约10毫米。看似很小的距离,但电流越大产生的电压也越大。

此外,由公式可知,MOSFET的吨[R和ŤF越短,电流和电压都越大.T[R和ŤF越快速,暂态损耗越低,可提高效率,但更容易产生振铃。

振铃的频段可按F = 1 /小时来计算。假设吨[R和ŤF为5ns的,则周期可认为是为10ns,频段为100MHz的,一般的开关频率多为500kHz的〜1MHz的,因此产生其100〜200倍的高频。

接下来介绍因本电路模型的寄生成分产生怎样的电流。首先是高边MOSFET导通时的示意图。寄生电容C ^2被充电,寄生电感大号1〜1积蓄能量,当开关节点的电压等于V时,积蓄于大号1〜1的能量与C ^2产生谐振,发生较大振铃。

其次,高边MOSFET关断时,同样寄生电容Ç2被充电,寄生电感大号1〜1积蓄能量,当开关节点的电压几乎接近GND水平时,积蓄于大号1〜1的能量此次与Ç1产生谐振,发生较大振铃。寄生电感中积蓄的能量和谐振频率可按右下公式进行计算。

电感大号4由ç旁路的特性决定另外,L3和大号受PCB板布局的影响很大。本电路是开关电晶体外接型的电路示例,使用开关电晶体内建型IC时,L1,L2,C2取决于其IC,为固定值,与PCB板布局无关。

综上所述,实际的印刷电路板中存在电路图中没有的成分,因此,比如开关节点中如果布局不当,会随着开关而产生较大振铃,可能导致无法正常工作或杂讯较多等问题。现在应该明白关于PCB板布局经常提到的“布线要短”的原因了。后续将介绍具体的配置和布线方法。

重点:

·实际的印刷电路板中,存在电路图中没有的寄生电容和寄生电感。

·寄生成分可能引发振铃等问题。

·PCB板布局要记住这些要点,争取最佳布局。

周边元件的选择和PCB布局