開關(guān)電源PCB-layout與電容電感設(shè)計

MPSShanghaiOfficeJuly2006PowerSupplyPCBLayout/OutputCapacitorDesign精品資料PartI.PCBLayoutGuidelinesTenSimpleRules精品資料電容(diànróng)模型當(dāng)電容器工作頻率在f0以下(yǐxià)時:當(dāng)電容器工作頻率在f0

以上時:

當(dāng)電容器工作頻率接近f0

時:

諧振頻率:

精品資料電容(diànróng)參數(shù)封裝典型電感值(nH)瓷片電容06030.808051.012061.212101.0鉭電容08051.612062.214112.324122.8電解電容表面貼6.8引腳>10電容ESRESL10uF/10V瓷片4m?1.25nH100uF/10V鉭46m?3nH470uF/10V電解100m?15nH精品資料電容并聯(lián)高頻(ɡāopín)特性電源步板基本要點之一：旁路瓷片電容的電容量不易(bùyì)太大,而它的寄生串聯(lián)電感量應(yīng)該盡量減小。多個電容并聯(lián)能改善單個電容的阻抗特性。最小容量的瓷片電容應(yīng)最靠近負載。精品資料電感(diànɡǎn)模型L:電感(diànɡǎn)值EPR:等效并聯(lián)電阻Cp:等效并聯(lián)電感(diànɡǎn)Ac:電流環(huán)路截面結(jié)Lm:電流環(huán)路周長精品資料電感(diànɡǎn)特性精品資料電感(diànɡǎn)特性電源步板基本要點之二：電感(diànɡǎn)的寄生串聯(lián)電容量應(yīng)該盡量減小。電感(diànɡǎn)引腳之間的距離越遠越好。精品資料鏡象(jìnɡxiànɡ)面概念電源步板基本(jīběn)要點之三：避免在地層上放置任何功率或信號走線。精品資料高頻(ɡāopín)交流電流環(huán)路電源步版基本要點之四：高頻交流環(huán)路的面積應(yīng)該(yīnggāi)盡量減小。精品資料過孔(VIA)的例子(lìzi)電源步版基本要點之五：過孔放置不應(yīng)破壞高頻(ɡāopín)交流電流在地層上路徑。精品資料PCB板層分割(fēngē)電源步版基本要點之六：摸擬電源層與數(shù)字地層(dìcéng)不應(yīng)有重疊。信號層應(yīng)有相應(yīng)的地層(dìcéng)。精品資料降壓(jiànɡyā)式(BUCK)電源：功率部分電流和電壓波形精品資料降壓式電源排版(páibǎn)差的例子精品資料電路(diànlù)等效圖MinimizeTheseInductances精品資料PCBTrace-Via電感(diànɡǎn)估算PCBTrace長1inch(2.54cm),PCB層厚0.1mmPCBTrace約為20nH/inchVia高1.6mmVia直經(jīng)0.5mmVia約為0.6nH/Via電源步版基本要點之七：要減小PCB走線的電感(diànɡǎn)，減小PCB走線長度要減?。校茫逻^孔的電感(diànɡǎn)，放置多個過孔精品資料PCBTrace-Via電感(diànɡǎn)估算電源步版基本要點之八：SW焊盤面積(miànjī)要盡量小。SW焊盤下不要走信號線。SW焊盤與信號線之間需電源層或地層隔離。精品資料焊盤(PAD)和旁路(pánɡlù)電容的放置焊盤旁路(pánɡlù)電容精品資料降壓式電源(diànyuán)排版的例子電源排版基本要點之九：功率器件(qìjiàn)所組成的電流環(huán)路面積要小。精品資料降壓(jiànɡyā)式電源排版的例子電源排版基本要點之十：功率器件接功率地信號(xìnhào)器件接信號(xìnhào)地功率地與信號(xìnhào)地單點連接（一根很短導(dǎo)線或一個或多個過孔）精品資料PartII.OutputCapacitorDesignRippleVoltageAnalysis精品資料高頻(ɡāopín)輸出瓷片電容特性Y5V電容(diànróng)值隨工作電壓而變化大Y5VESR值隨工作電壓而變化大Y5V電容(diànróng)值隨溫度而變化大精品資料高頻輸出(shūchū)瓷片電容特性10uF/10VY5V與1uF/10VX7R性能(xìngnéng)相差不大精品資料輸出(shūchū)濾波電容電路分析四顆1500μF，80m?電解電容(diànróng)并聯(lián)后電容(diànróng)值是6000μF，ESR是20m?電感紋波電流(ΔIL)為4.2A，輸出紋波電壓84mV(80x4.2/4)能不能并聯(lián)一個或多個瓷片電容(diànróng)來減小輸出電壓紋波值？精品資料運用直流電路分析(fēnxī)方式：PSPICEAC模擬(mónǐ)(圖A)瞬態(tài)模擬(mónǐ)(圖B)不能將輸出電容的阻抗簡單地轉(zhuǎn)換成ESR來進行電路分析

輸出濾波電容電路分析精品資料輸出濾波電容(diànróng)電路分析C1和C2的阻抗(zǔkàng)為：并聯(lián)后的CEQ

和REQ為:精品資料輸出濾波電容(diànróng)電路分析當(dāng)C1=C2和R1=R2，CEQ和REQ才與頻率(pínlǜ)無關(guān)。此時：如有n顆同一電容并聯(lián),并聯(lián)后的CEQ和REQ

為:重新分析由四顆1500μF電解電容(C1)和一顆1μF瓷片電容(C2)所組成的輸出濾波電路:精品資料輸出(shūchū)濾波電容電路分析計算和模擬(mónǐ)結(jié)果fS@300KHz1顆1μF1顆10μF2顆10μF3顆10μFZC120m?20m?20m?20m?ZC2530m?53m?27m?18m?ΔIC14.05A3.05A2.41A2.00AΔIC20.15A1.15A1.79A2.20AΔVOUT

81mV61mV48mV40mVΔVOUT

(PSPICE模擬)83mV63mV50mV42mV當(dāng)輸出瓷片電容由一顆增加到三顆，輸出紋波電壓值(ΔVOUT)被穩(wěn)定地控制在50mV以下。通過公式計算出來的ΔVOUT

為40mV，而通過PSPICE模擬計算出來的ΔVOUT

是42mV。

精品資料輸出濾波電容電路(diànlù)分析(A)四顆1500μF電解(diànjiě)和一顆10μF瓷片并聯(lián)(B)四顆1500μF電解和二顆10μF瓷片并聯(lián)(C)四顆1500μF電解和三顆10μF瓷片并聯(lián)PSPICE模擬電路圖

精品資料PartIII.InductorCapacitanceEffectonVDSL精品資料xDSL傳播速度圖ADSL/ADSL2可選用開關(guān)頻率大于1.1MHz的電源穩(wěn)壓器ADSL2＋可選用開關(guān)頻率大于2.2MHz的電源穩(wěn)壓器VDSL必須減小20MHz以下(yǐxià)輸出電壓噪音精品資料電感(diànɡǎn)寄生電容影響在理想狀態(tài)(zhuàngtài)下電感（L〕和電容（COUT〕將VD諧波全濾掉VOUT只剩下直流和極小的一次諧波精品資料電感(diànɡǎn)寄生電容影響在理想狀態(tài)下電感(diànɡǎn)（L〕和電容（COUT〕將VD諧波全濾掉VOUT只剩下直流和極小的一