《开关电源PCBlayout与电容电感设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源PCBlayout与电容电感设计.ppt（36页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、MPS Shanghai OfficeJuly 2006,Power Supply PCB Layout/Output Capacitor Design,Part I.PCB Layout Guidelines,Ten Simple Rules,电容模型,当电容器工作频率在 f0 以下时:,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:,电容参数,电容并联高频特性,电源步板基本要点之一：旁路瓷片电容的电容量不易太大,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。,电感模型,L:电感值EPR:等效并联电阻
2、Cp:等效并联电感,Ac:电流环路截面结Lm:电流环路周长,电感特性,电感特性,电源步板基本要点之二：电感的寄生串联电容量应该尽量减小。电感引脚之间的距离越远越好。,镜象面概念,电源步板基本要点之三：避免在地层上放置任何功率或信号走线。,高频交流电流环路,电源步版基本要点之四：高频交流环路的面积应该尽量减小。,过孔(VIA)的例子,电源步版基本要点之五：过孔放置不应破坏高频交流电流在地层上路径。,PCB板层分割,电源步版基本要点之六：摸拟电源层与数字地层不应有重叠。信号层应有相应的地层。,降压式(BUCK)电源：功率部分电流和电压波形,降压式电源排版差的例子,电路等效图,MinimizeThe
3、seInductances,PCB Trace-Via 电感估算,PCB Trace 长 1 inch(2.54cm),PCB 层厚 0.1mmPCB Trace 约为20nH/inch,Via 高 1.6mm Via 直经 0.5 mmVia 约为 0.6 nH/Via,电源步版基本要点之七：要减小 PCB 走线的电感，减小 PCB 走线长度要减小过孔的电感，放置多个过孔,PCB Trace-Via 电感估算,电源步版基本要点之八：SW 焊盘面积要尽量小。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。,焊盘(PAD)和旁路电容的放置,焊盘,旁路电容,降压式电源排版的例子,电
4、源排版基本要点之九：功率器件所组成的电流环路面积要小。,降压式电源排版的例子,电源排版基本要点之十：功率器件接功率地信号器件接信号地功率地与信号地单点连接（一根很短导线或一个或多个过孔）,Part II.Output Capacitor Design,Ripple Voltage Analysis,高频输出瓷片电容特性,Y5V 电容值随工作电压而变化大Y5V ESR值随工作电压而变化大Y5V 电容值随温度而变化大,高频输出瓷片电容特性,10uF/10V Y5V 与 1uF/10V X7R性能相差不大,输出滤波电容电路分析,四颗1500F，80m 电解电容并联后电容值是6000 F，ESR 是
5、20 m电感纹波电流(IL)为 4.2A，输出纹波电压 84 mV(80 x 4.2/4)能不能并联一个或多个瓷片电容来减小输出电压纹波值？,运用直流电路分析方式：,PSPICE AC模拟(图A)瞬态模拟(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,输出滤波电容电路分析,C1和 C2 的阻抗为：,并联后的 CEQ 和 REQ 为:,输出滤波电容电路分析,当 C1=C2 和 R1=R2，CEQ 和 REQ 才与频率无关。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 1500F 电解电容(C1)和一颗 1F瓷片电
6、容(C2)所组成的输出滤波电路:,输出滤波电容电路分析,计算和模拟结果,当输出瓷片电容由一颗增加到三颗，输出纹波电压值(VOUT)被稳定地控制在 50 mV 以下。通过公式计算出来的VOUT 为 40 mV，而通过 PSPICE 模拟计算出来的VOUT 是 42 mV。,输出滤波电容电路分析,(A)四颗 1500 F 电解和一颗 10F 瓷片并联,(B)四颗 1500 F 电解和二颗 10F 瓷片并联,(C)四颗1500 F 电解和三颗10F 瓷片并联,PSPICE 模拟电路图,Part III.Inductor Capacitance,Effect on VDSL,xDSL 传播速度图,AD
7、SL/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 以下输出电压噪音,电感寄生电容影响,在理想状态下电感（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,电感寄生电容影响,在理想状态下电感（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(fs=600KHz),电感寄生电容影响,具有寄生电容的电感（L和电容（COUT无法将 VD 谐波全滤掉,电感寄生电容影响,总结：VDSL 需要二次滤波器来消除由电感寄生电容在 20MHz 内所产生的噪音,Thank You,
