开关电源PCB-layout与电容电感设计

MPSShanghaiOfficeJuly2006PowerSupplyPCBLayout/OutputCapacitorDesign精品资料PartI.PCBLayoutGuidelinesTenSimpleRules精品资料电容(diànróng)模型当电容器工作频率在f0以下(yǐxià)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:

精品资料电容(diànróng)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4mΩ1.25nH100uF/10V钽46mΩ3nH470uF/10V电解100mΩ15nH精品资料电容并联高频(ɡāopín)特性电源步板基本要点之一：旁路瓷片电容的电容量不易(bùyì)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。精品资料电感(diànɡǎn)模型L:电感(diànɡǎn)值EPR:等效并联电阻Cp:等效并联电感(diànɡǎn)Ac:电流环路截面结Lm:电流环路周长精品资料电感(diànɡǎn)特性精品资料电感(diànɡǎn)特性电源步板基本要点之二：电感(diànɡǎn)的寄生串联电容量应该尽量减小。电感(diànɡǎn)引脚之间的距离越远越好。精品资料镜象(jìnɡxiànɡ)面概念电源步板基本(jīběn)要点之三：避免在地层上放置任何功率或信号走线。精品资料高频(ɡāopín)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(yīnggāi)尽量减小。精品资料过孔(VIA)的例子(lìzi)电源步版基本要点之五：过孔放置不应破坏高频(ɡāopín)交流电流在地层上路径。精品资料PCB板层分割(fēngē)电源步版基本要点之六：摸拟电源层与数字地层(dìcéng)不应有重叠。信号层应有相应的地层(dìcéng)。精品资料降压(jiànɡyā)式(BUCK)电源：功率部分电流和电压波形精品资料降压式电源排版(páibǎn)差的例子精品资料电路(diànlù)等效图MinimizeTheseInductances精品资料PCBTrace-Via电感(diànɡǎn)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(diànɡǎn)，减小PCB走线长度要减小ＰＣＢ过孔的电感(diànɡǎn)，放置多个过孔精品资料PCBTrace-Via电感(diànɡǎn)估算电源步版基本要点之八：SW焊盘面积(miànjī)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。精品资料焊盘(PAD)和旁路(pánɡlù)电容的放置焊盘旁路(pánɡlù)电容精品资料降压式电源(diànyuán)排版的例子电源排版基本要点之九：功率器件(qìjiàn)所组成的电流环路面积要小。精品资料降压(jiànɡyā)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(xìnhào)器件接信号(xìnhào)地功率地与信号(xìnhào)地单点连接（一根很短导线或一个或多个过孔）精品资料PartII.OutputCapacitorDesignRippleVoltageAnalysis精品资料高频(ɡāopín)输出瓷片电容特性Y5V电容(diànróng)值随工作电压而变化大Y5VESR值随工作电压而变化大Y5V电容(diànróng)值随温度而变化大精品资料高频输出(shūchū)瓷片电容特性10uF/10VY5V与1uF/10VX7R性能(xìngnéng)相差不大精品资料输出(shūchū)滤波电容电路分析四颗1500μF，80mΩ电解电容(diànróng)并联后电容(diànróng)值是6000μF，ESR是20mΩ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(diànróng)来减小输出电压纹波值？精品资料运用直流电路分析(fēnxī)方式：PSPICEAC模拟(mónǐ)(图A)瞬态模拟(mónǐ)(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精品资料输出滤波电容(diànróng)电路分析C1和C2的阻抗(zǔkàng)为：并联后的CEQ

和REQ为:精品资料输出滤波电容(diànróng)电路分析当C1=C2和R1=R2，CEQ和REQ才与频率(pínlǜ)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:精品资料输出(shūchū)滤波电容电路分析计算和模拟(mónǐ)结果fS@300KHz1颗1μF1颗10μF2颗10μF3颗10μFZC120mΩ20mΩ20mΩ20mΩZC2530mΩ53mΩ27mΩ18mΩΔIC14.05A3.05A2.41A2.00AΔIC20.15A1.15A1.79A2.20AΔVOUT

81mV61mV48mV40mVΔVOUT

(PSPICE模拟)83mV63mV50mV42mV当输出瓷片电容由一颗增加到三颗，输出纹波电压值(ΔVOUT)被稳定地控制在50mV以下。通过公式计算出来的ΔVOUT

为40mV，而通过PSPICE模拟计算出来的ΔVOUT

是42mV。

精品资料输出滤波电容电路(diànlù)分析(A)四颗1500μF电解(diànjiě)和一颗10μF瓷片并联(B)四颗1500μF电解和二颗10μF瓷片并联(C)四颗1500μF电解和三颗10μF瓷片并联PSPICE模拟电路图

精品资料PartIII.InductorCapacitanceEffectonVDSL精品资料xDSL传播速度图ADSL/ADSL2可选用开关频率大于1.1MHz的电源稳压器ADSL2＋可选用开关频率大于2.2MHz的电源稳压器VDSL必须减小20MHz以下(yǐxià)输出电压噪音精品资料电感(diànɡǎn)寄生电容影响在理想状态(zhuàngtài)下电感（L〕和电容（COUT〕将VD谐波全滤掉VOUT只剩下直流和极小的一次谐波精品资料电感(diànɡǎn)寄生电容影响在理想状态下电感(diànɡǎn)（L〕和电容（COUT〕将VD谐波全滤掉VOUT只剩下直流和极小的一