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2018年7月26日DC / DC

电感的配置

配置DC / DC转换器的机板电路

前次在「热导孔(通过热)的配置」中说明了利用机板及构造的散热。这次回到零件的话题,接着说明「电感的配置」。

电感(电感器)

首先,针对与设计相关之电感的特性稍微做一下整理。

当电感有电流流动时会发生磁力线。倘若此磁力线为导体,PCB的话,则通过铜箔时,那一部分会发生涡电流(涡电流)。也就是说,如果电感的附近有导体的话,有时会因涡电流而发生问题。由于涡电流会往消除磁力线的方向流动,因此会有电感减少或Q下降(损失増加)的现象。顺便一提,Q是表示电感损失量的参数之一,亦即「Q大=损失少」。除此之外,若电感附近的铜箔为讯号线时,视涡电流而定,有时杂讯会传播成讯号,有可能对电路动作产生不良影响。

另外,电感是会发热的零件。电感有电流流动时会因为卷线的阻抗成分及其他损失而发热。想必众所皆知,当电感变高温时,除了导致零件材劣化外,在铁氧体磁心(铁氧体磁芯)的情况下若超越居礼温度(居里温度)时,电感将急剧减少。目标方面,大致上已提示电流额定或阻抗値的规格,在实装上则必须考量散热。

请好好思考这些问题,同时确认以下重点。

电感的配置

电感由于可使来自切换节点的辐射杂讯降至最小限度,虽然不如输入电容器,不过请尽量配置于IC附近。

如果为了降低配线阻抗及散热而过度扩宽铜箔面积,有时铜箔会以天线身分活动使EMI増加,因此不可以扩充铜箔面积超过必要程度。

从EMI观点来考量配线面积的设计如Figure6-A所示,而大范围配线超过必要程度的不良设计则如Figure6-B所示。

图6-A。电感的建议配线图6-b中。电感的不良配线超过必要程度的大范围铜箔面积

想要决定具体配线幅度,可以将电流耐受量设为目标之一。图5是某电流流动时导体幅度(宽)和自我发热导致温度上升的图表。

例如,当图2A电流流动于导体厚35μm的配线时,为了抑制20℃的温度上升,可以采用0.53毫米的导体宽度来因应。但是,配线由于受周边零件的发热或周围温度影响,因此必须使其具有充分的宽裕边限(余量)。例如,1盎司(35微米)机板的话建议每1A设定在1毫米宽以上,2盎司(70微米)机板的话建议每1A设定在0.7毫米宽以上。

图5.温度因导体厚,导体宽,电流而上升

电感周边的配线不可以将GND层配置在电感的正下方(图6-C)。这是由于,如先前所述,磁力线通过导体GND层时会发生涡电流,因此在磁力线消除效果下会发生电感值的下降或Q的下降(损失増加)。

即使是GND以外的讯号线也有可能因涡电流使切换杂讯传播成讯号,因此请尽量避免电感正下方的配线方式。不得已必须配置讯号线时,请使用磁力线泄漏较小之闭磁路构造的电感,不过必须实际测试会不会有问题发生。

此外,电感端子间的配线空间也必须注意。如图6-d所示,若端子间的配线距离太近,切换节点的高频讯号会穿过浮游电容量被诱导至输出。

图6-C。不良的电感正下方配线图6-d。不良的电感端子间配线

并非只局限于电感,零件的配置或配线的引导大多有限制。不过,布局设计中详细加入应牵制的重点非常重要。偏离理想时,务必实测并确认有无问题。

重点:

·电感须尽量配置于IC附近。

·铜箔面积不可以扩大超过必要范围。

·电感正下方不可以配置GND层。讯号线的配置也须极力避免。

·电感端子的配线切勿过于接近。

周边元件的选择和PCB布局