DCDC的開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW能打孔嗎？

時(shí)間：2021-09-26 13:52:01

關(guān)鍵字： DCDC 開關(guān) 節(jié)點(diǎn)

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[導(dǎo)讀]在昨天的《DCDC的Layout終極奧義》中，列舉了BUCK的例子，給出了我自己的布局走線方式。然后有兩位兄弟留言說(shuō)，他們會(huì)將Buck輸入濾波電容按照最近的方式放置，開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW打孔走出去，也就是下面這兩種方式的右邊那種。?這兩種方式最大的區(qū)別就是SW的處理不一樣，我之前也有想過(guò)...

在昨天的《DCDC的Layout終極奧義》中，列舉了BUCK的例子，給出了我自己的布局走線方式。

然后有兩位兄弟留言說(shuō)，他們會(huì)將Buck輸入濾波電容按照最近的方式放置，開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW打孔走出去，也就是下面這兩種方式的右邊那種。

這兩種方式最大的區(qū)別就是SW的處理不一樣，我之前也有想過(guò)，不過(guò)我無(wú)法確定哪種方式更好，因?yàn)楦饔袃?yōu)劣勢(shì)，我不是很清楚影響有多大。

下面說(shuō)下我的一些想法。

關(guān)于要讓Buck的輸入環(huán)路最小這一點(diǎn)，大家也都是同意的，問題就在于要不要做到極致？

留言的兩位兄弟傾向于做到極致，那么就是輸入濾波電容直接跨接到Vin和GND上，然后開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW打孔換層，然后再打孔回來(lái)。這樣的好處是做到了輸入環(huán)路最小了，壞處是頂層SW打孔換層，然后再打孔換回頂層。

那么SW到底要不要打孔呢？或者能不能打孔呢？

首先我們要明白為什么有這個(gè)問題存在？或者說(shuō)考慮了哪些方面才會(huì)覺得SW打孔不好？

它存在的原因，是因?yàn)殚_關(guān)節(jié)點(diǎn)SW的電壓是矩形波，在開關(guān)切換的時(shí)候，dV/dt很大，有很多的高頻諧波分量，所以容易引起EMI問題。

但是如何引起EMI問題，我一直是不太明白。

怎么說(shuō)呢？關(guān)于EMI，我們估計(jì)都有聽說(shuō)這么一句話：dI/dt或者dV/dt很大的時(shí)候，會(huì)意味著存在很多的高頻分量，很容易引起EMI問題。

dI/dt很大導(dǎo)致EMI問題，這個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)好理解一點(diǎn)。電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么在這個(gè)環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)隨電流變化而變化，dI/dt越大，那么環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)也會(huì)劇烈變化，磁生電，電生磁，就形成電磁輻射了，這個(gè)輻射也叫做差模輻射，這種無(wú)意中形成的環(huán)形的輻射裝置可以看成是環(huán)路天線。

我前面說(shuō)我不太明白，就是我無(wú)法像電流環(huán)輻射那樣，讓dV/dt在腦子里面構(gòu)成一幅輻射的圖景。

不過(guò)就在上次我發(fā)了文章之后，也有一個(gè)兄弟在留言區(qū)推薦了MPS的一個(gè)視頻。名稱叫“MPS汽車電子中DCDC芯片的EMI設(shè)計(jì)”。

B站網(wǎng)址是這個(gè)（清晰度更高）：

https://www.bilibili.com/video/BV1k64y1D76C

MPS官網(wǎng)也有（可以下載課件）：

https://www.monolithicpower.cn/cn/support/videos/webinar-20200320-dcdc-emi.html

視頻確實(shí)很不錯(cuò)，舉了很多例子，兄弟們可以看看。

視頻里面有下面這一張圖：

這個(gè)圖給了我啟發(fā)：這個(gè)SW節(jié)點(diǎn)Layout一般是一塊銅皮，與其它的導(dǎo)體（比如長(zhǎng)的金屬導(dǎo)體，或者是線纜—比如電源線）形成寄生電容，也就是說(shuō)這個(gè)SW快速變化的電壓會(huì)耦合到這些線材或是導(dǎo)體上面。

當(dāng)然了，也會(huì)耦合到其它地方，只不過(guò)線纜一般比較長(zhǎng)，是一個(gè)很好的天線，這種輻射一般叫共模輻射，最終它在我腦子里面大致是這樣的。

這有什么用呢？

我們要減少輻射，那么就要減小SW的面積，這樣SW與線纜之間的寄生電容就更小，耦合到線纜的噪聲電壓也就越小了，因此可以降低輻射。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，Layout我們盡量減小SW的面積。

當(dāng)然，另一方面，SW節(jié)點(diǎn)也是要流過(guò)大電流的，過(guò)流能力是必須要保證的，走線不能太細(xì)。

總的來(lái)說(shuō)，就是要減小不必要的SW的銅皮，比如下圖，右邊這個(gè)鋪銅就不好。

回到SW打孔的問題，SW打孔走線，必然比直接連接電感有更大的面積，也就是會(huì)增加共模輻射的風(fēng)險(xiǎn)。

這里還有一點(diǎn)值得說(shuō)明下，有人會(huì)認(rèn)為：SW打過(guò)孔，會(huì)有寄生電感存在，這個(gè)不好。

其實(shí)這是沒有關(guān)系的，很容易看出來(lái)，這個(gè)寄生電感是跟原本就有的功率電感是串聯(lián)到一起的，那么這個(gè)過(guò)孔電感就可以合并到原來(lái)的功率電感里面，僅僅只是讓原來(lái)的功率電感感量增大了一丟丟，這個(gè)自然沒有什么影響。

或者用一個(gè)兄弟留言的話說(shuō)：這個(gè)SW過(guò)孔就相當(dāng)于是免費(fèi)增大輸出電感了。

總的來(lái)說(shuō)，文章前面提到的2種Buck的Layout情況：

SW不打孔，輸入濾波電容稍微繞一下：輸入環(huán)路沒有做到最小，差模輻射會(huì)大些。

SW打孔，輸入濾波電容最近：輸入環(huán)路做到了最小，但是SW的面積必然會(huì)加大，共模輻射可能會(huì)大些。

至于具體用哪種，我覺得不用過(guò)多糾結(jié)，隨便挑一個(gè)就行，本來(lái)就不一定超標(biāo)，其它相關(guān)的注意事項(xiàng)注意了，一般也不會(huì)有問題。

以上就是我個(gè)人的理解，如果有不同意見或者是補(bǔ)充，可以留言指出。

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