降壓、升壓和 SEPIC 功率級(jí)的布局

在本電源提示中，我研究了降壓、升壓和單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 功率級(jí)。

首先，使用降壓轉(zhuǎn)換器使輸出電壓低于輸入電壓。下圖顯示了降壓轉(zhuǎn)換器原理圖和布局。

在脈寬調(diào)制器 (PWM) 導(dǎo)通期間，電流通過(guò)綠色箭頭路徑從輸入電容器通過(guò)開(kāi)關(guān)晶體管流向電感器。當(dāng) PWM 關(guān)閉時(shí)，電流繼續(xù)通過(guò)粉紅色箭頭路徑流過(guò)電感器。這意味著輸出具有連續(xù)流動(dòng)的電流。輸入有一個(gè)高頻電流，在每個(gè)周期內(nèi)打開(kāi)和關(guān)閉。功率級(jí)布局最重要的部分是減少高頻環(huán)路。上圖中的藍(lán)色箭頭反映了這一點(diǎn)。在晶體管導(dǎo)通期間，電流短暫地通過(guò)二極管 D1 流向地。在此期間，如果輸入電容器的位置不靠近，那么這種大電流浪涌可能會(huì)導(dǎo)致一些設(shè)計(jì)問(wèn)題。

確保電源走線或電源層足夠?qū)捯蕴幚黼娫措娏鳌Ｒ话銇?lái)說(shuō)，除開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)外，電源平面應(yīng)盡可能大。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)具有高 dV/dt 信號(hào)，可以耦合到 PCB 布局的其他部分，因此最小化表面積是一種很好的做法。使用過(guò)孔連接不同層上的電源層。一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則是每個(gè)通孔(10 密耳鉆孔)的電流不超過(guò) 1A。如果您創(chuàng)建一個(gè)與 PCB 大小相同的大型連續(xù)接地層，這有助于減少噪聲和高頻環(huán)路。

使用升壓轉(zhuǎn)換器用于從較低的輸入電壓產(chǎn)生較高的輸出電壓。您可以將用于降壓轉(zhuǎn)換器的相同過(guò)程應(yīng)用于升壓轉(zhuǎn)換器，以識(shí)別關(guān)鍵路徑和環(huán)路。

在 PWM 開(kāi)啟期間，電流從輸入通過(guò)電感器流向開(kāi)關(guān)晶體管(綠色箭頭)。能量在 PWM 開(kāi)啟期間在電感器中積累，然后在 PWM 關(guān)閉期間轉(zhuǎn)移到輸出端。現(xiàn)在電流跟隨粉紅色箭頭并從輸入流向輸出。這意味著輸入側(cè)的電流是連續(xù)的。輸出端的電流是高頻開(kāi)關(guān)電流。為盡量減少高頻噪聲，請(qǐng)盡可能縮短以藍(lán)色顯示的環(huán)路。

在晶體管導(dǎo)通期間，電流僅從輸出端短暫地通過(guò)二極管流向地。該電流如果沒(méi)有被輸出電容器正確旁路，可能會(huì)導(dǎo)致電源設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題。您用于降壓轉(zhuǎn)換器的相同通用布局技術(shù)也可以應(yīng)用于升壓。最小化開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)面積并使用多個(gè)過(guò)孔連接到接地層。

當(dāng)輸入電壓可以高于或低于輸出電壓時(shí)使用 SEPIC 轉(zhuǎn)換器。這種類(lèi)型的電源可以在輸入低于輸出時(shí)升壓，或者在輸入高于輸出時(shí)降壓。該電路使用兩個(gè)電感或一個(gè)耦合電感。

因?yàn)橛袃蓚€(gè)電感器，所以我們?cè)陂_(kāi)關(guān)周期的每個(gè)部分都有兩條電流路徑。在 PWM 開(kāi)啟期間，電流遵循綠色箭頭并在電感器中積聚能量。當(dāng) PWM 關(guān)閉時(shí)，能量通過(guò)粉紅色電流路徑傳輸?shù)捷敵?。?SEPIC 設(shè)計(jì)中，輸入上的電流是連續(xù)的。輸出側(cè)存在高頻開(kāi)關(guān)電流，因此您需要最小化藍(lán)色所示的環(huán)路。使用位于輸出電容器附近的過(guò)孔連接到接地層。接地層在所有組件之間提供了一條低阻抗路徑并降低了噪聲。

電源布局是一個(gè)非常棘手的課題。第一步是確定電流如何在電源中流動(dòng)，然后找到并最小化高頻環(huán)路。接下來(lái)使用接地層和電源層以非常低的阻抗方式連接組件。確保使用的平面足夠?qū)捯猿休d設(shè)計(jì)電流。使高頻開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)盡可能小，以減少噪聲耦合到其他信號(hào)的機(jī)會(huì)。使用具有許多過(guò)孔的大型連續(xù)接地層來(lái)連接不同組件的接地也是一種很好的做法。