PW5300的PCB布局设计
2023-11-25 16:57:30
晓红
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开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有时,波形抖动很明显,可以听到从磁性元件发出噪声。如果问题与印刷电路板(PCB)布局有关,则很难确定原因。EMC也是很注重(PCB)布局,这就是为什么在开关电源设计的早期正确布局PCB至关重要的原因。其重要性不可夸大。良好的布局设计可优化电源效率,减轻热应力,最重要的是,可将噪声以及走线与组件之间的相互作用降至最低。开始进行PCB布局之前,一个好的做法是突出显示高电流走线的原理图走线,平芯微产品Datasheet的典型应用电路中,特别 用了显著标示提供给客户参考:黑色粗线.
沙发
2023-11-25 16:58:27
晓红
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开关电源的一个常见问题是“不稳定”的开关波形。有时,波形抖动很明显,可以听到从磁性元件发出噪声。如果问题与印刷电路板( PCB )布局有关,则很难确定原因。 EMC 也是很注重( PCB )布局,这就是为什么在开关电源设计的早期正确布局 PCB 至关重要的原因。其重要性不可夸大。

良好的布局设计可优化电源效率,减轻热应力,最重要的是,可将噪声以及走线与组件之间的相互作用降至最低。

开始进行 PCB 布局之前,一个好的做法是突出显示高电流走线的原理图走线,平芯微产品 Datasheet 的典型应用电路中,特别   用了显著标示提供给客户参考: 黑色粗线 .

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开关电源电路可以分为功率级电路和小信号控制电路。功率级电路包括传导大电流的组件。通常,应首先放置这些组件 (PW5300 芯片, L1 D1 CIN COUT) 。随后将小信号控制电路 FB 放置在布局中的特定位置。电感大电流走线应短而宽,以最小化 PCB 电感,电阻和电压降。   CIN 要靠近 PW5300 VIN 引脚 PIN5 ,不建议过孔背面放置。 COUT 在条件限制时,可过孔背面放置。

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建议在 CIN Cout 并联加一个 0.1uF-1uF 的高频去耦电容器,采用 X5R X7R 介电陶瓷电容器,其 ESL ESR 非常低。同时放置于 PW5300 VIN Vout 引脚旁。在平芯微网站文章  {DC-DC 非隔离开关电源的 PCB 布局设计 }  中的 CHF 就是 0.1uF 。文中从升压结构出做了介绍和解释。

CIN 和旁路电容 0.1uF 是须靠近 VIN 引脚

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LX 节点电压以高速率在 VIN  (或 VOUT )和地之间摆动。该节点富含高频噪声成分,并且是 EMI 噪声的强大来源。为了使 LX 节点与其他噪声敏感走线之间的耦合电容最小, LX 铜面积应最小化。

为了传导高电感电流并为 PW 芯片提供散热片, LX 节点的 PCB 面积不能太小。通常最好在此 LX 节点下方放置一个接地铜区域,以提供额外的屏蔽。

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R1,R2 的放置于远离 LX 节点富含噪声和电感器干扰源。同时放置于 PW5300 芯片的 PIN 5 FB 引脚旁,尽量避免背面过孔放置,同时上拉电阻一般是 R1 R1 与输出正极的走线,要从输出电容 COUT 单点走线到 R1.

FB 采样的精确度和抗干扰效果更好,不能从开关元件电感器单点接 R1 输出电压计算公式: Vout =0.6* R1/R2+1

R3 是输入端可调最大限流点。计算公式: 48/R3= Iocp

PW5300 PIN 4 EN 使能脚,接高电平正常工作,接 VIN 即可,低电平则关断。

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COUT 采用多个并联能起到更好的滤波效果。建议输出也可以加并联一个 0.1uF 电容器。

COUT 布线尽量跟电感器同一层,如使用通孔过孔,应使用多个通孔以最小化通孔阻抗。图 2

过孔后 COUT 放置靠近于过孔位置布线,如过孔处离输出焊盘端距离过长,而 COUT 放置于输出焊盘位置时,需在 L1 这层加一个 COUT1 电容

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如图,电容 COUT 的地回路,只经过电感器的底部,这样的设计,空载测试 很难发现 问题,但是却很明显的反馈在负载测试上,负载输出电流 最大值 比正常设计降低 50% 左右。

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器件 CIN,COUT,D1 L1 不推荐的焊盘图案:散热焊盘。散热焊盘不建议用于功率组件回路。

c8ea15ce36d3d5394c1e64f68b92b858352ab086 初接

初接触电源设计工程师,在设计时往往忽略了功率地的回路和布线,如下图箭头处, VIN GND CIN GND 端, COUT GND 端和 VOUT GND 端和 PW 芯片的 GND 脚,这 5 点,布线要宽的同时,回路连接不宜七绕八绕,要宽和直接。 CIN,COUT 过孔时,也需要多打孔,布线宽。

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电感器建议用 3.3UH-4.7UH ,如果测试时,没有 4.7UH 电感,可用 10uH 以下暂时测试电路 PCB 布线的连接正常情况,然后及时采购,不可用 22UH 过大感值来测试。一般是贴片电感 , 如:功率电感,一体成型屏蔽电感等。

电感器作为电路的传导大电流器件。一般情况下建议采用实际最大通过电感器电流的值,加上一倍来选择电感器的饱和电流 Isat 。饱和电流 Isat 是越大越好,再通过电感器厂家资料标示的不同尺寸大小的电感器上的饱和电流 Isat 来选择即可。

DC-DC 电路中电感器的饱和电流 Isat 如果小于实际电感工作电流,一般会造成电路有干扰不稳定,效率低,电感量下降,产生噪声,电压电流不稳等。

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