(DC/DC) 电感的配置

跳跃的开发板

上一篇文章以“散热孔的配置”为主题，对利用了PCB板和结构的散热方式进行了介绍。本文将回归部件相关的话题，介绍“电感的配置”。
                       

                       

• 降压型转换器工作时的电流路径                       
  
• 开关节点的振铃                       
  
• 输入电容器和二极管的配置                       
  
• 散热孔的配置                       
  
• 电感的配置                       
  
• 输出电容器的配置                       
  
• 反馈路径的布线                       
  
• 接地                       
  
• 铜箔的电阻和电感                                               
  
• 噪声对策：拐角布线、传导噪声、辐射噪声                       
  
• 噪声对策：缓冲电路、自举电阻、栅极电阻               
  

       

电感
首先来稍微回顾一下布局相关的电感特性。
当电流流过电感时会产生磁力线。当这种磁力线穿过导体（PCB的导体为铜箔）时，在这部分会产生电涡流。也就是说，如果电感的附近有导体，则可能因电涡流而引发问题。由于电涡流是在抵消磁力线的方向流动，因此会使电感值减小、Q值下降（损耗增加）。顺便提一下，Q是表示电感损耗量的参数之一，“Q值大＝损耗小”。另外，如果电感附近的铜箔是信号线，则电涡流可能致使噪声传播到信号，可能对电路工作有不利影响。
还有一点。电感属于发热部件。众所周知，当电感有电流流过时，会因卷线的电阻成分和其他损耗而发热。随着电感的温度升高，除元件劣化之外，铁氧体铁芯的情况下，如果超过居里温度，电感值会急剧下降。一般会提供额定电流值和电阻值规格作为参考标准，但在实际安装时需要考虑散热。
请记住这些要点以及以下关键点。
电感的配置
为了将来自开关节点的辐射噪声控制在最低，虽然重要程度仅次于输入电容器，请将电感尽量配置在IC附近。
如果为了降低布线电阻散热而过度扩大铜箔面积的话，铜箔可能起到天线的作用，使EMI增加，因此不可过度增加铜箔面积。
从EMI的角度出发考虑布线面积的布局示例见Figure6-a，配置了不必要布线的不良示例见Figure6-b。

具体的布线宽度可参考电流耐受特性来决定。Figure 5为流过某电流时的导体宽度和自发热导致的温升图表。
例如，当2A的电流流过导体厚度35µm的布线时，为抑制20℃的温度上升，0.53mm的导体宽度即可对应。但是，由于布线受外围元器件发热和环境温度的影响，因此，需要具备充分的余量。例如，建议1盎司（1OZ）（35µm）PCB板中每1A导体宽度1mm以上、2盎司（70µm）PCB板中每1A导体宽度0.7mm以上。

关于电感外围布线，不可在电感的正下方配置GND层（Figure 6-c）。这正如前面提到的，磁力线穿过导体GND层并产生电涡流，从而受磁力线消除的影响，使电感值下降或Q值下降（损耗增加）。
非GND的信号线也有因电涡流使开关噪声传递给信号的可能性，因此应避免电感正下方的布线。不得不布信号线时，请使用漏磁较少的闭磁路电感。但是，必须实际测试并确认是否有问题。
另外，还需要注意电感引脚布线间的空间。如Figure 6-d所示，当引脚间的距离近时，开关节点的高频信号经由杂散电容，电容量被诱导至输出。

虽然并不仅限于电感，但部件的配置和布线设计常常会成为制约因素。因此，认真将应该注意的要点体现在布局设计中是非常重要的。在结果不理想的情况下，必须进行实测并确认有无问题。

关键要点:

・电感要尽量配置在IC附近。
・铜箔面积不可过大。
・电感的正下方不可配置GND层。也要极力避免配置信号线。
・电感引脚的布线不要太近。