(DC/DC) 输入电容器和二极管的配置

跳跃的开发板 · 发表于 2019-10-14 14:18:08

接下来就具体的元器件配置进行介绍。本次介绍以下项目中的第三项“输入电容器和二极管的配置”。

输入电容器和二极管的配置
接下来介绍的PCB板布局将以介绍电流路径时使用的右侧电路为基础。请回忆本电路的同时看PCB板布局图。
首先，配置最重要的元器件——输入电容器和二极管。

本章的最开始的“DC/DC转换器的PCB板布局概述”中的“PCB 布局的要点” 中提到
“将输入电容器和二极管在与IC引脚相同的面，尽可能地配置在IC最近处”。这显然是非常重要的要点，所以请务必记住。
输入电容器在电流电容较小的电源（IO≤1A）时，电容值也变小，因此有时1个陶瓷电容器即可同时充当CIN和CBYPASS。这是因为陶瓷电容器随着电容值变小，其频率特性变好。但是，不同陶瓷电容器的频率特性不同，因此需要确认实际使用产品的频率特性。
CIN所用的大容值电容器，如以下所示，一般特別频率特性较差，因此，需要与CIN并联配置频率特性优异的高频用去耦电容器CBYPASS。
CBYPASS请使用表面贴装型的叠层陶瓷电容器。

Figure 2. 陶瓷电容器的频率特性
接下来，通过实际的布局来介绍好的例子和不好的例子。
Figure 3-a表示理想的输入电容器布局例。CBYPASS配置于与IC引脚相同面的最近处。

Figure 3-a. 理想的输入电容器配置

CBYPASS供给大部分脉冲状的电流，因此大容量电容器CIN如Figure 3-b所示，离开2cm左右也没问题，但请遵循前面提到的“尽可能地接近IC”。

Figure 3-b. CBYPASS配置于与IC相同面的最近处时，CIN距离2cm左右也没问题与之相对， Figure 3-b为妥协的例子。


因空间原因无法在IC相同面配置CIN时，以正确配置了CBYPASS为前提，可如Figure3-c所示，借助导通孔配置于背面。
但是，此时，可能能够回避噪声相关风险，但因导通孔电阻的影响，在大电流时纹波电压可能会増加，因此需要进行实际确认。

Figure 3-c. 将CIN配置于背面时担心纹波电压増加

下面的Figure 3-d为CBYPASS和CIN配置于背面的布局。
本布局受导通孔的电感成分影响，电压噪声増加，因此绝对不可进行这样的布局。

Figure 3-d. 不可进行的输入电容器配置，受导通孔电感影响噪声増加


Figure 3-e 为CBYPASS、CIN及二极管D1的理想布局。
CBYPASS配置于IC的VIN引脚及GND引脚最近处是非常重要的。
但是，降压型转换器时，即使将CBYPASS配置于IC的最近处，CIN的接地也存在数百MHz的高频。因此，建议CIN的接地和输出电容器CO的接地离开1cm～2cm进行配置。

Figure 3-e. 理想的续流二极管的配置

二极管D1也配置于与IC引脚同面的最近处。二极管使用最短且较宽的布线，需要直接连接于IC的开关引脚和GND引脚。
借助导通孔配置于背面时，受导通孔电感的影响，噪声将增加，因此绝对不可借助导通孔。
Figure 3-f是不好的二极管布局示例。
CBYPASS、IC的VIN引脚及GND引脚的距离较远，因此受布线电感的影响产生电压噪声/振铃。
二极管、IC的开关引脚和GND引脚和的距离较远，因此布线电感増加，尖峰噪声变大。

Figure 3-f. 不好的二极管布局


CBYPASS的配置不当，即未接近配置时，受布线长度或导通孔影响寄生电感增加。从而随着开关而产生较大振铃。
此外，到输入电容器的环路成为天线，噪声辐射到周边。
下面的波形是CBYPASS离开2mm时和10mm时的波形。可见振铃明显变大。

前面的说明中也略有提到，这是因为布局的影响非常直接地显示出来的结果。在实际的布局工作中，可能有时不得不妥协。但是，请尽量将妥协部分控制在最低限度，争取达到理想布局。

关键要点:

・最好最先从输入电容器和二极管的配置开始。
・将输入电容器和二极管在与IC引脚相同的面，尽可能地配置在IC最近处是铁则。
・寄生电感会导致噪声，因此导通孔的使用需要充分探讨。电流开关的位置需要注意。

(DC/DC) 输入电容器和二极管的配置

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