DCDC的开关节点SW能打孔吗?
时间:2022-12-25 06:00:00
上篇《DCDC的Layout在终极奥义中,我举的BUCK例子给出了我自己的布局方式。
然后有两兄弟留言说,他们会将Buck输入滤波器电容器以最近的方式放置,开关节点SW打孔走出去,也就是下面两种方法的右边。
这两种方法最大的区别是SW我以前想过不同的处理方法,但我不确定哪种方法更好,因为它们有自己的优缺点。我不知道影响有多大。
下面说下我的一些想法。
关于要让Buck每个人都同意最小的输入环路。要不要做到极致?
留言的两兄弟倾向于达到极致,即输入滤波电容器直接跨接Vin和GND然后开关节点SW打孔换层,然后打孔回来。这样做的好处是输入环路最小,缺点是顶层SW穿孔换层,然后穿孔换回顶层。
那么SW到底要不要打孔?还是可以打孔?
首先要明白为什么会出现这个问题。或者考虑了哪些方面才会觉得?SW打孔不好?
它之所以存在,是因为开关节点SW当开关切换时,电压为矩形波,dV/dt很大,高频谐波分量多,容易引起EMI问题。
但是怎么引起呢?EMI我一直不太明白问题。
怎么说呢?EMI,估计我们都听说过这样一句话:
dI/dt或者dV/dt在很大程度上,这意味着有很多高频分量,很容易引起EMI问题。
dI/dt很大导致EMI这个问题相对容易理解。电流会产生磁场,所以这个环中产生的磁场会随着电流的变化而变化,dI/dt环内磁场变化越大,磁生电和电生磁就会形成电磁辐射。这种辐射也被称为差模辐射,这种无意中形成的环形辐射装置可以看作是环路天线。
我前面说我不太懂,就是我不能像电流环辐射那样让步dV/dt在脑海中形成辐射的图片。
但就在我上次发表文章后,也有一篇文章兄弟在留言区推荐MPS的一个视频。名称叫“MPS汽车电子中DCDC芯片的EMI设计”。
B网站网站是这样的(更清晰):
https://www.bilibili.com/video/BV1k64y1D76C
MPS还有官网(可下载课件):
https://www.monolithicpower.cn/cn/support/videos/webinar-20200320-dcdc-emi.html
视频真的很好,举了很多例子,兄弟们可以看看。
视频中有以下图片:
这张照片启发了我:这个SW节点Layout一般来说,一块铜皮与其他导体(如长金属导体或电缆(如电源线)形成寄生电容,即SW快速变化的电压会耦合到这些电线或导体上。
当然,它也会耦合到其他地方,只是电缆一般比较长,是很好的天线,这种辐射通常被称为共模辐射,最终在我的脑海中大致如此。
这有什么用呢?
要减少辐射,必须减少辐射SW面积,这样SW与电缆的寄生电容较小,耦合到电缆的噪声电压较小,因此可以减少辐射。从这个角度来看,Layout我们尽量减小SW的面积。
当然,另一方面,SW节点也要流过大电流,必须保证过流能力,布线不能太细。
一般来说,减少不必要的东西是必要的SW如下图所示,右边铺铜不好。
回到SW打孔的问题,SW穿孔布线必然比直接连接电感有更大的面积,即会增加共模辐射的风险。
还有一点值得解释,有人会想:SW打孔后,会有寄生电感。。
其实没关系,很容易看出,寄生电感与原来的功率电感串联在一起,因此过孔电感可以与原来的功率电感结合,只会增加原来的功率电感,这自然没有影响。
或者用兄弟留言说:这个SW过孔相当于免费增加输出电感。
一般来说,文章前面提到的两种Buck的Layout情况
SW不打孔,输入滤波器电容器稍微绕一下:输入环路不是最小的,差模辐射会更大。
SW打孔,输入滤波电容最近:输入环路做到了最小,但是SW必然会增加面积,共模辐射可能会更大。
至于具体用什么,我觉得不用太担心,随便挑一个就行了,不一定超标。注意其他相关注意事项,一般不会有问题。
以上是我个人的理解,如有不同意见或补充,可留言指出。
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工具很好,谁用谁知道,哈哈哈!
前期精彩内容:
1、DCDC的Layout终极奥义
2、手撕Buck!Buck公式推导过程
3、手撕Boost!Boost公式推导和实验验证