首先拋出問題:線圈應該放在哪里?
用于電壓轉換的開關穩壓器使用電感來臨時存儲能量。這些電感的尺寸通常非常大,必須在開關穩壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務并不難,因為通過電感的電流可能會變化,但并非瞬間變化。變化只可能是連續的,通常相對緩慢。
開關穩壓器在兩個不同路徑之間來回切換電流。這種切換非常快,具體切換速度取決于切換邊緣的持續時間。開關電流流經的走線稱為熱回路或交流電流路徑,其在一個開關狀態下傳導電流,在另一個開關狀態下不傳導電流。在PCB布局中,應使熱回路面積小且路徑短,以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會產生無用的電壓失調并導致電磁干擾(EMI)。
圖1.用于降壓轉換的開關穩壓器(帶如虛線所示的關鍵熱回路)。
圖1所示為一個降壓調節器,其中關鍵熱回路顯示為虛線。可以看出,線圈L1不是熱回路的一部分。因此,可以假設該電感器的放置位置并不重要。使電感器位于熱回路以外是正確的——因此在第一個實例中,安放位置是次要的。不過,應該遵循一些規則。
不得在電感下方(PCB表面或下方都不行)、在內層里或PCB背面布設敏感的控制走線。受電流流動的影響,線圈會產生磁場,結果會影響信號路徑中的微弱信號。在開關穩壓器中,一個關鍵信號路徑是反饋路徑,其將輸出電壓連接到開關穩壓器IC或電阻分壓器。
還應注意,實際線圈既有電容效應,也有電感效應。第一個線圈繞組直接連接到降壓開關穩壓器的開關節點,如圖1所示。結果,線圈里的電壓變化與開關節點處的電壓一樣強烈而迅速。由于電路中的開關時間非常短且輸入電壓很高,PCB上的其他路徑上會產生相當大的耦合效應。因此,敏感的走線應該遠離線圈。
圖2.帶有線圈安放位置的ADP2360降壓轉換器的示例電路。
圖2所示為ADP2360的示例布局。在本圖中,圖1中的重要熱回路標為綠色。從圖中可見,黃色反饋路徑離線圈L1有一定距離。它位于PCB的內層。
一些電路設計者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如,它們會在電感下方提供切口,即使在接地平面層中也是如此。其目標是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法沒有錯,但也有爭論認為,接地平面要保持一致,不應中斷:
用于屏蔽的接地平面在不中斷時效果最佳。
PCB的銅越多,散熱越好。
即使產生渦流,這些電流也只能局部流動,只會造成很小的損耗,并且幾乎不會影響接地平面的功能。
因此,同意接地平面層,甚至是線圈下方,也應保持完整的觀點。
總之,我們可以得出結論,雖然開關穩壓器的線圈不是臨界熱回路的一部分,但不在線圈下方或靠近線圈處布敏感的控制走線卻是明智的。PCB上的各種平面——例如,接地平面或VDD平面(電源電壓)——可以連續構造,無需切口。
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