调节器的电流路径

大家好，小科来为大家解答以上问题。调节器的电流路径这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、幽幽一叹，“唉，噪音问题又来了！ "——这样的场景，你遇到过几次？

2、在电路板设计中，噪声是每个设计师都会遇到的一个主要问题。

3、为了解决噪音问题，通常需要几个小时的实验室测试才能找出真正的罪魁祸首。

4、然而，我们经常发现，噪声问题是由于开关电源布局不当造成的。

5、那么，如何解决这样的问题呢？

6、例如，开关调节器布局采用双通道同步开关控制器ADP1850，第一步是确定调节器的电流路径

7、然后，进行供电设备的物理规划和考虑。

8、另外，我们需要知道一点：电流路径决定了器件在低噪声版图设计中的位置。

9、01、调节器的电流路径

10、在开关转换器设计中，高电流路径和低电流路径彼此非常接近。

11、交流(AC)路径会带来尖峰和噪声，而高DC路径会产生相当大的压降，而低电流路径通常对噪声很敏感。

12、正确PCB布局的关键是确定关键路径，然后安排器件并提供足够的铜面积，以防止高电流损害低电流。

13、性能不佳表现在接地反弹和噪声注入IC和系统的其余部分。

14、图1显示了同步降压调节器的设计，它包括开关控制器和以下外部电源器件：高端开关、低端开关、电感、输入电容、输出电容和旁路电容。

15、图1中的箭头表示高开关电流的方向。

16、这些电源器件必须小心放置，以免产生不良寄生电容和电感，从而导致过大的噪声、过冲、振铃和接地反弹。

17、图1。典型开关调节器(显示交流和DC电流路径)

18、DH、DL、BST和SW等开关电流路径在离开控制器后应妥善安排，以免寄生电感过大。

19、这些线路承载的高I/T交流开关脉冲电流可能达到3 A以上，并持续数纳秒。

20、高电流环路必须很小，以最大限度地降低输出振铃，避免拾取额外噪声。

21、低值和低幅度信号路径，如补偿和反馈器件，对噪声非常敏感。

22、让这些路径远离开关节点和功率器件，以避免注入干扰噪声。

23、02.布局物理规划

24、PCB的物理布局非常重要。要尽量减少电流回路面积，合理布置功率器件，使电流流动顺畅，避免出现尖角和窄径。

25、这将有助于降低寄生电容和电感，从而消除接地反弹。

26、图2显示了带开关控制器ADP1850的双输出降压转换器的PCB布局。

27、请注意，电源器件的布局使电流环路面积和寄生电感最小。

28、虚线表示高电流路径。

29、同步和异步控制器都可以使用这种物理规划技术。

30、在异步控制器的设计中，肖特基二极管取代了低端开关。

31、图2。内置ADP1850控制器的双输出降压转换器的PCB布局

32、03.电源设备：MOSFET和电容器

33、顶部和底部功率开关处的电流波形是具有非常高的I/t的脉冲.

34、因此，连接各开关的路径应尽可能短，以将控制器拾取的噪声和电感环路传输的噪声降至最低。

35、当在PCB的一侧使用一对DPAK或SO-8封装的fet时，最好以相反的方向旋转这两个fet，使开关节点位于这对fet的一侧，并用适当的陶瓷旁路电容将高端漏电流旁路至低端源。

36、务必将旁路电容尽可能靠近MOSFET放置(见图2 ),以使通过FET和电容的环路电感最小。

37、输入旁路电容和大输入电容的放置对于控制接地反弹非常重要。

38、输出滤波电容的负端连接应尽可能靠近低端MOSFET的源极，这有助于降低引起地弹的环路电感。

39、图2中的Cb1和Cb2是陶瓷旁路电容，这些电容的推荐范围为1 F至22 F。

40、对于高电流应用

散热考虑和接地层

在重载条件下，功率MOSFET、电感和大电容的等效串联电阻(ESR)会产生大量的热。

43、为了有效散热，图2的示例在这些电源器件下面放置了大面积的铜。

多层PCB的散热效果好于2层PCB。

45、为了提高散热和导电性能，应在标准1盎司铜层上使用2盎司厚度的铜。

46、多个 PGND层通过过孔连在一起也会有帮助。

47、图3显示一个4层 PCB设计的顶层、第三层和第四层上均分布有PGND层。

图3. 截面图：连接PGND层以改善散热

这种多接地层方法能够隔离对噪声敏感的信号。

51、如图2所 示，补偿器件、软启动电容、偏置输入旁路电容和输出反馈分压器电阻的负端全都连接到AGND层。

52、请勿直接将任何高电流或高δI/δt路径连接到隔离AGND层。

53、AGND是一个安静的接地层，其中没有大电流流过。

所有电源器件(如低端开关、旁路电容、输入和输出电容等)的负端连接到PGND层，该层承载高电流。

GND层内的压降可能相当大，以至于影响输出精度。

56、通过一条宽走线将AGND层连接到输出电容的负端(参见图4)，可以显著改善输出精度和负载调节。

图4. AGND层到PGND层的连接

AGND层一路扩展到输出电容，AGND层和PGND层在输出电容的负端连接到过孔。

图2显示了另一种连接AGND和PGND层的技术，AGND层通过输出大电容负端附近的过孔连接到PGND层。

61、图3显示了PCB上某个位置的截面，AGND层和PGND层通过输出大电容负端附近的过孔相连。

电流检测路径

为了避免干扰噪声引起精度下降，电流模式开关调节器的电流检测路径布局必须妥当。

64、双通道应用尤其要更加重视，消除任何通道间串扰。

双通道降压控制器ADP1850将低端MOSFET的导通电阻RDS(ON)用作控制环路架构的一部分。

66、此架构在SWx与 PGNDx引脚之间检测流经低端MOSFET的电流。

67、一个通道中的地电流噪声可能会耦合到相邻通道中。

68、因此，务必使 SWx和PGNDx走线尽可能短，并将其放在靠近MOSFET的地方，以便精确检测电流。

69、到SWx和PGNDx节点的连接务必采用开尔文检测技术，如图2和图5所示。

70、注意，相应的 PGNDx走线连接到低端MOSFET的源。

71、不要随意将PGND 层连接到PGNDx引脚。

图5. 两个通道的接地技术

相比之下，对于ADP1829等双通道电压模式控制器，PGND1和PGND2引脚则是直接通过过孔连接到PGND层。

反馈和限流检测路径

反馈(FB)和限流(ILIM)引脚是低信号电平输入，因此，它们对容性和感性噪声干扰敏感。

77、FB和ILIM走线应避免靠近高δI/δt走线。

78、注意不要让走线形成环路，导致不良电感增加。

79、在ILIM和PGND引脚之间增加一个小MLCC去耦电容 (如22 pF)，有助于对噪声进行进一步滤波。

开关节点

在开关调节器电路中，开关(SW)节点是噪声最高的地方，因为它承载着很大的交流和直流电压/电流。

82、此SW节点需要较大面积的铜来尽可能降低阻性压降。

83、将MOSFET和电感彼此靠近放在铜层上，可以使串联电阻和电感最小。

对电磁干扰、开关节点噪声和响铃振荡更敏感的应用可以使用一个小缓冲器。

85、缓冲器由电阻和电容串联而成(参见图 6中的RSNUB和CSNUB)，放在SW节点与PGND层之间，可以降 低SW节点上的响铃振荡和电磁干扰。

86、注意，增加缓冲器可能会使整体效率略微下降0.2%到0.4%。

图6. 缓冲器和栅极电阻电阻

栅极驱动器路径

栅极驱动走线(DH和DL)也要处理高δI/δt，往往会产生响铃振荡和过冲。

91、这些走线应尽可能短。

92、最好直接布线，避免使用馈通过孔。

93、如果必须使用过孔，则每条走线应使用两个过孔，以降低峰值电流密度和寄生电感。

在DH或DL引脚上串联一个小电阻(约2 Ω至4 Ω)可以减慢栅极驱动，从而也能降低栅极噪声和过冲。

95、另外，BST与SW 引脚之间也可以连接一个电阻(参见图6)。

96、在布局期间用0 Ω栅极电阻保留空间，可以提高日后进行评估的灵活性。

97、增加的栅极电阻会延长栅极电荷上升和下降时间，导致 MOSFET的开关功率损耗提高。

了解电流路径、其敏感性以及适当的器件放置，是消除 PCB布局设计噪声问题的关键。

99、ADI公司的所有电源器件评估板都采用上述布局布线指导原则来实现最佳性能。

100、评估板文件UG-204和UG-205详细说明了ADP1850相关的布局布线情况。

注意

所有开关电源都具有相同的元件和相似的电流路径敏感性。

103、因此，以针对电流模式降压调节器的 ADP1850为 例说明的指导原则同样适用于电压模式和/或升压开关调节器的布局布线。

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本文到此结束，希望对大家有所帮助。