开关电源输入电容PCB设计全攻略

开关电源输入电容PCB设计全攻略

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新浪网

1.

https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2024-11-28/doc-incxqzhu9739213.shtml

在开关电源电路的PCB设计中，输入电容的布局和布线是至关重要的环节，它直接影响电路的性能、效率和EMI表现。本文将从多个维度详细介绍输入电容的PCB设计技巧，帮助工程师优化电路设计。

1. 位置布局

输入电容的主要作用是为开关管提供瞬态电流，减少电压波动。因此，将输入电容靠近功率开关（MOSFET或IC）和输入引脚，可以最大程度降低寄生电感引起的电压尖峰。

做法：将输入电容紧贴Buck控制器或功率开关的VIN和GND引脚。

案例分析：

• case1： 中规中矩靠近芯片放置，检测到其辐射的噪声如图中红色曲线所示。
• case2： 故意将电容立起来，可以看到噪声最大，如蓝色曲线所示。
• case3： 将输入电容跨接在VIN和GND之间，走线距离实现最短，噪声最小，如绿色曲线所示。

2. 电容选择

输入电容需要快速响应高频电流，低ESR（等效串联电阻）和低ESL（等效串联电感）电容可以更高效地滤除高频噪声。

做法： 组合使用陶瓷电容（滤除高频噪声）和电解电容或钽电容（提供大容量）。

3. 回路面积

Buck电路输入端的高频电流在输入电容和功率开关之间流动，回路面积越大，辐射EMI和寄生电感越高。

做法： 确保输入电容的接地端（GND）与功率开关的接地端之间的路径最短。尽量将VIN和GND之间的回路做成小环。

4. 接地处理

输入电容的接地端需要直接连接到功率开关或IC的接地端，如果连接路径长或者有电流分流，会导致地电位不稳定。

做法：

• 在电容接地端下方铺设完整的地平面。
• 使用多个过孔将电容的GND焊盘连接到地平面。

5. 多颗电容并联

单颗大容量电容可能无法提供足够低的ESR和ESL，多颗小容量电容并联可以分担高频电流并降低寄生参数。

做法：

• 并联多颗陶瓷电容，通常选择 10µF、1µF 和 0.1µF 的组合。
• 将不同容量的电容按频率需求排布：高频需求的电容更靠近开关。

在实际应用中，需要选择满足以下要求的电容：

1. 容量范围在1nF~10uF，精度要求不高；
2. 成本较低，相同容量下体积较小；
3. ESR、ESL较小，以应对高频信号并保证良好的去耦效果。

6. 布线优化

长走线增加寄生电感，导致输入端电压波动加剧，并可能产生尖峰电压。

做法： 输入电容与控制器输入引脚之间的路径应尽可能短且直接，避免过长或多转角的布线。

7. 热管理

输入电容处于高频电流中，可能因功耗引起发热。

做法：

• 确保电容周围有良好的散热路径。
• 如果使用多个电容分担电流，注意均匀布置它们，减少局部过热。

在设计时要关注电容周围的热源，也要关注电容的自发热，确保其能够承受最大有效电流。

通过以上技巧，可以显著优化开关电源电路输入电容的PCB设计，提高系统的稳定性、效率，并降低EMI问题。如果需要更具体的示意图或工具支持，可以进一步讨论！