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SW与电感之间的铺铜面积越大越好吗?

关键词:开关电源 Buck电路

时间:2024-06-20 09:42:09      来源:网络

开关电源是以功率MOS为核心的电能变换器,除了芯片自身的参数会对电能质量产生较大影响外,PCB的设计也是非常重要。

开关电源是以功率MOS为核心的电能变换器,除了芯片自身的参数会对电能质量产生较大影响外,PCB的设计也是非常重要。

今天,我们将以简单的Buck电路为例,从不同的角度出发,和大家分享一下关于开关侧PCB铺铜的一些设计心得。

首先,开关侧,也就是我们常说的SW,是Buck电路中非常关键的位置,它是输入回路和输出回路的交点,同时也是桥臂功率MOS直接相连的地方。


一般来说,和功率MOS相连的信号,PCB的铺铜面积都要尽可能设计得大一些,主要是两方面的考量:

一方面是功率回路需要走较大的电流,在相同距离上,增加铺铜宽度可以增大走线的通流能力,降低路径损耗。


另一方面,和功率MOS直接相连的铺铜,也承担着器件散热的角色。我们知道,散热能力往往会成为电源芯片输出能力的瓶颈。由于芯片pin脚的导热性较好,芯片内核到PCB的热阻往往会小于到封装表面的热阻,这也就意味着芯片大部分热是通过芯片pin脚导入PCB后耗散的,那增加SW的铺铜面积,对于Buck芯片的散热能力,也会有一定程度的提升。


但是,这是否就意味着SW的铺铜越大越好呢?

答案是否定的。

如果从噪声维度去看,SW承接着Buck 拓扑的输入回路和输出回路,随着MOS的开关切换,SW处的电压也会产生周期性的脉冲变化。同时,SW的电流也随着MOS的高频切换,呈现规律性的波动。

当SW铺铜面积变大,那么对参考地的寄生电容也会随之增大,高频电压波动带来的噪声更容易通过寄生电容耦合到参考地, 从而影响其它采样信号的识别。


同时,变化的电流会在空间产生变化的磁场,当磁导线穿过闭合线圈时,则会感应出电压噪声,对附近的信号产生一定的影响。随着铺铜面积的增加,干扰的辐射范围也就越广。


所以,为了尽可能减小对周边信号的影响,我们希望SW的铺铜面积越小越好。

另外,我们也不建议在SW处打过孔。

在实际应用中,为了减小电源噪声对信号链的影响,我们会在电源层下面加一层完整的GND作为噪声屏蔽层。一旦SW处增加了过孔,就破环了屏蔽层的完整性,噪声就会沿着过孔干扰到其它层的信号传输。


那么,如何解决上述的矛盾呢?

SW的铺铜宽度需要保证横截面有足够的电流通流能力,这个是首要条件。一般来说,1OZ铜厚的PCB,走线宽度设计在15mil/A左右比较合理。在这个基础上,尽可能缩短SW到电感之间的距离,来减小对周边信号的干扰。


我们可以通过增加电源芯片GND铺铜以及输入铺铜的面积,来提升MOS的散热能力。这样就可以巧妙地化解这个设计上的矛盾点。

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