開關電源如何布局布線及選擇

開關電源是一個特別高效的功率轉換器，其接近100％，大范圍的理論值。拓撲點，升壓，降壓，升壓 - 降壓，電荷泵等;師通過切換和PWM，PFM操縱模式;按類別切換，有BJT，FET，IGBT等。在常規的PWM操縱的電源治理數據卡降壓，升壓基于型的商量。

開關電源，其包含的主要組件：輸入源，開關，電感器，操縱電路，二極管，和輸出負載電容。目前，大多數半導體制造商將切換，操縱電路中，二極管集成到一個電源治理IC CMOS /雙極工藝，大大簡化了外部電路。

其中電感器作為關鍵部件的開關電源，電源起著重要的作用好或壞的表現，同時也注重產品的設計工程師和對象的調試。隨著諸如移動電話，PMP，數據卡作為消費性電子裝置的尺寸的代表在輕，薄，小巧，時尚的趨勢，這正和更強的性能的更大容量，較大尺寸的電感和電容的矛盾正在移動。因此，如何保證降低開關電源電感的大小的前提下，產品的性能（PCB占用面積和高度）被本文所商量的一個重要課題，設計者必須性能和電路電感之間折衷（權衡）。

任何事物都有兩面性，開關電源也不例外。壞PCB布局設計，不僅降低了開關電源的性能，這將加強EMC，EMI，接地反彈（接地）等。開關電源的另一個重要命題應當指出，布局的問題，并且還遵循原則本文所商量的。

一種開關電源的占空比d，電感值L，公式推導效率η

具有不同的拓撲結構中的降壓和升壓開關電源，將參照圖1中所示的電路模型用于本創造。 1-1，1-2 [1]：

默認模型參考電路電感DCR（直接定電阻）是零。

降壓/升壓開關電源，和該開關和關斷時，電感器電流波形示于圖1-3：

可以從圖中可以看出，電感器電流的波形等同于I（P-P）值的直流交流電流δII（DC）的疊加。因此，I（DC）的輸出電流I（O），主要由負載消耗; ACδI在負載電容ESR（式串聯電阻），輸出紋波V（波動）被消耗。

所以，

下面降壓以導出一個實例開關電源的占空比，和電感值效率公式。

在連續模式期間，開關閉合，電感器負責基爾霍夫定律：

dt為大約：d / F（d：ON / OFF的振蕩周期T開關的狀態之間的比率，T = 1 / F，DT = d * T = d / F）; d：占空比是由高的導通周期的時間周期時間比所占據的電平）

擴大：

其中：IV輸入電壓，SWV用于開關電壓，OV輸出電壓，SWf的是開關頻率，d為占空比。

在連續模式期間，開關斷開時，電感放電，根據基爾霍夫定律有：

也被稱為電流紋波比r，是紋波電流和額定輸出電流的比率。巴克對于給定的開關電源，

這個值通常是恒定的?？蓮氖剑?）中得到：較大的電感，較小的I，所以第r越??？但是，這往往導致需要做大量的電感，使大部分降壓的0.25和0.5之間切換電源切換的r值。

所述（6）代入（5），得到：

到目前為止，我們得出的降壓型開關電源。需要提示的是，全部上述公式是基于參考電路模型，忽略電感器DCR。

可從等式（4）中可以看出，僅占空比，V（O）和V（i）中，可以很簡單地設置到計算電路d，這是開關相關聯，V（SW）和V（d）核心電路的電源操縱器之一，但開關電源的應用，我們可以不在乎。

如可以從公式（8）中可以看出，僅在開關電源的效率，V（O）和V（i）關聯，V（SW）和V（d）。實在V（SW）和V（d）是開關頻率f（SW）功能，它是F（SW）的功能，但不保證使f（SW）越高，。

對于給定的降壓開關電源，其被確定SWF，所述預定值是，非常是忽略V（SW）和V（d），值1。顯然，這并不和實際情況相匹配，其根本原因是該“參考模型假設電感是理想的電感?！?/p>

的（5）代入可以得到式（1）：

因此，通過選擇大的電感可以處理大容量的低ESR輸出電容減小輸出紋波電壓。

類似地，可以推斷出升壓開關電源是d，L，MINL，如下所示：

選擇兩個小電感

等式（7），（12）分別給予通式選擇的小電感降壓和升壓開關電源。

對于諸如移動電話，PMP，在消費電子產品中使用的卡的數據，例如小功率開關電源，V（SW）和V（d）是0.1V?0.3V之間，從而等式（7），（12）被簡化了給：

在降壓功率MSMC PM6658例如，V（i）是3.8V，V（O）為1.2V，r為1.6MHz的0.3中，f（SW），I（o_rated）500毫安，則L（分鐘）3.08 uH容。如果電感公差的選擇率為20％，1.25 * L（分鐘）= 3.85uH。據計算，近的標準電感值4.7uH的價值，所以PM6658規格推舉的小電感值是4.7uH。

三，電感參數選擇

在除上述電感和說話公差（公差），所述電感器具有下列重要的參數：運行頻率

（自共振頻率，F（0）），R（DC），電流飽和（飽和電流，I（飽和））和電流有效值（RMS電流，I（RMS））。雖然很多參數，但只有一個標準：完量保證在F（SW）小電感的阻抗，從而使實際的電路和理想的模型擬合度，降低功耗和發熱量電感，提高電源的效率。

3.1運行頻率f（O）

理想的模電感，其阻抗是線性的頻率，這將隨著頻率增加而增加。圖3-1-1，電感L和串聯R（DCR）和C形成的寄生電容，自由運行頻率f（O）的存在下平行所示的實際電感模型。當窗體呈容性感應的頻率小于F（0），大于f（○），在F（0）的阻抗大值。

經驗：電感運行頻率f（O）優選選擇多于切換頻率f的10倍（SW）。

3.2 DC電阻R（DCR）

電感的直流電阻R（DCR）本身消耗的功率的一部分，所述開關電源效率降低，更糟糕的是，這消耗通過感應加熱的方式進行，這樣可減少電感器的值，增大紋波電流典型基地DCR或大值和紋波電壓，所以開關電源，應根據在數據表上提供，電感器DCR選擇完可能小。

3.3飽和電流I（SAT）和RMS電流I（RMS）（電感燒傷的問題）

感測的大電流值的電感飽和電流I（SAT）的裝置下降10％至標稱值的30％可以被采納。如圖所示，當其I（SAT）的下降3-3-2器3.3uH約900毫安，所以（30％）是900毫安4.7uH電感電流。

RMS電感電流I（有效值）是指在25℃度由電感的溫度上升℃至65個均方根電流可以通過。

尺寸I（SAT）和I（RMS）是依賴于電感和磁飽和溫度升高到65度的順序。] C.

當標稱輸出電流大于I（SAT），電感器飽和，電感值減小紋波電流，脈動電壓的增大，降低了效率。因此，電感器的值I（SAT）和I（RMS）應比開關電源1.3或更多的額定輸出電流。

四，選擇電感器的類型

在計算明確的選擇參數和電感的小電感值，必要的電感向市場推出了一些流行的類型的

做比較分析，以下將是大約：大，小電感電感器，繞組電感和多層電感器，磁屏蔽和非屏蔽感應電感對比說明。

4.1在相同的尺寸和低電感的電感高

這里，“相同的尺寸”指的是電感器的物理形狀是基本相同的，“大小”，所述的不同的容量的指標。一般小容量電感器具有以下優點：

低DCR，所以當有過載更高的效率和更少的熱量;

更大的飽和電流;

更快的負載瞬態響應;

具有在輕負載的大容量和低紋波電壓和紋波電流，交流和低導通損失，提高效率的電感器。圖4-1-1是2518太陽誘電3種具有不同容量的大小的效率曲線的負載電流的封裝電感的。

4.2繞線電感和多層電感

相比于繞線電感，疊層電感器具有以下優點：

更小的物理尺寸，占用更少的PCB面積和空間的高度;

低DCR，當過載時更高的效率;

降低AC損耗，在輕負載更高的效率;

然而，SATI層疊電感小，因此存在在重負載的大電流紋波，導致輸出紋波電壓也將增加。圖4-2-1是負載電流和效率太陽誘電兩個卷繞的電感曲線和三星圖兩個多層電感器。

4.3非屏蔽和屏蔽電感器磁電感

非屏蔽電感器具有較低的價格和更小的尺寸，但它也可以產生EMI。電感磁屏蔽EMI有效屏蔽，因而更適合于無線設備，諸如EMI敏感的應用，此外它還具有較低的DCR。

第五，電感選擇匯總

在上一節所述，我們可以通過以下步驟選擇一個電感器：

（1）計算L（分鐘）和推舉的電感參數：F（0），R（DC），I（SAT），I（RMS）;

2），以確保在（1）被提供，根據物理尺寸和成本的要求，存在折衷：大或小的電感電感器，疊層電感器或繞組的電感，電感器屏蔽或非屏蔽磁電感。

第六，開關電源的布局

降壓電路的示例中，開關是閉合 - 開或開 - 閉，是電流瞬態的部分發生圖（C），這是特別豐富會產生一個上升或下降沿的諧波重量。通俗的講，這些瞬態電流生成的跟蹤（跟蹤）所謂的“交替”（AC電流），其余的是“DC”（DC電流）。當然，這里的差的定義不是常規教科書AC和DC，但切換PWM頻率為“AC”的僅一個重量在FFT變換，而在這樣的高次諧波成分的“DC”是低，可以忽略不計。因此，電感器是“DC”并不奇異，電感器電流具有這樣的特性，以預防瞬變的出現之后。因此，當開關電源布局，“交流”的蹤跡是重要和需要的地方認真考慮。唯一的基本規律（只有基本的規則）同樣重要的是要記住，并運用法律和其他拓撲結構。下圖顯示的瞬時電流Boost電路走線，注意它和降壓電路之間的差別。

在室溫下的2.5兆歐，1英寸長，50mm寬，電阻1.4mil厚（1盎司）的銅線電流流經時。如圖1A所示，產生的壓力降2.5mV的，沒有缺點對于大多數IC的影響。然而，這樣的長1英寸線是20nH寄生電感，從V = L * di / dt的，可見，當電流變化快，可以創建一個大的壓降。由的1.2倍，則關斷開關輸出電流產生的功率的典型降壓開關瞬變 - 由開口所產生的瞬態電流是輸出電流的0.8倍。型FET開關轉換時間是30ns的，雙極型的是75ns，采納1英寸線部分的開關電源“交換”，當瞬變電流流過1A，會產生0.7V的壓降。 0.7V相比2.5mV的，它增加了近300倍，所以高速開關部的布局是非常重要的。

全部可能的外圍設備被放置緊緊毗鄰轉換器，可減少布線的長度是理想的布局，但布局被限制在特別有限的空間中，通常這樣做，它根據必要是嚴峻性的瞬態下降的順序優先。巴克電路，輸入旁路電容是靠近IC越好，其次是輸入電容，二極管，后，和具有一端連接到所述SW，并且另一端連接到地短而粗的痕跡。雖然升壓電路布局，該布局在優先輸出旁路輸出電容和二極管的順序來執行。

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