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                彩乐乐网发烧友网 > 电源/新能源 > 正文

                电源模块布局中考虑元器件的寄生参数

                2020年09月12日 12:06 ? 次阅读

                1 介绍:

                这篇文章收集了有用的指导原则和一些计算公式,来帮助初学者以及有经验的』工程师理解将电路原理图转化为物理原型的相关话题。文章考虑元器件的寄生参数,这些寄生参数会降低效率,造成压降,产生脉冲,甚至会造成电源的无序操作。对于电源设计者,有个共性的问题是电源作为主办的一部分,系统工程师希望电源结构和主办的其他部分相似。其中●一个目的是电源不需要单独使用散热器。这也意味着工程师需要熟悉【主板提供的散热方式。

                2 直流寄⌒ 生参数

                对于高输出电流的电源,元件的电阻是重要的问题,因为它会降低效率,发热,甚至可能影响基准电压。即使这样,人们还是很容易忽视PWM布线电阻。如图1根据电阻率和物理性状能够容易地计算出电阻。从公式不难看出,路径越长,电阻越大;横截面积越大,电阻越小。表1中是常用导¤体的电阻率。有个有趣的地方,电镀铜比纯铜的电阻率大。这个对于理解电源是非常重要的。因为电镀用于过孔来实现PWBs的〓电器链接,同时电镀也应用于PWBs的表面,增加铜皮厚度。大多数▽时候,表面层是“1电镀1”意味着铜层为1oz厚,附加1oz的电镀层。这会使得表层电阻减少你期望的25%。另外有趣的一点是焊接材◣料比如说焊锡不是良导体。

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                图1 电阻计算和常见的电阻率

                一个简单估算PWM 布线电阻的方法见图2。第一步计算出正方体导体的电阻。

                图2PWB 布线电阻简化计算

                表1是常■见的布线厚度和温度电阻的计算。注意100度电阻大约升高30%。铜的电阻与温度成线性变化。当计算出正方体导体的电阻后,设卐计者就可以估算PWM 布线有几段,然后乘以正方体电阻即可计算出总电阻。记住1oz铜大概有0.5mΩ。这比记电阻率更容易。

                一个经常忽视的电流路劲是过孔,从板的顶层到底层的通路。实际上这些过孔有相当的电阻。图3代ω表一个穿过1.5mm厚度PWB的过孔电阻的计算。尽管2.4mΩ看起来很小,但是如果这是10A电流的唯一路劲,它会造成1/4W的功耗,并且会造※成24mV的压降。对于1.2V的输出电源,这可能会造成2%的负载电压降落。经典规则是“过孔电流极限在1A到3A之间”。我们不仅需要详细检查电源输出路劲,而且应该∞考虑开关器件附近的交流路劲。注意:从电源调节器到负载的路劲上会有压降,一个好的设计应该将负载尽量靠近电源调节器端。

                在设计PWB布线尺寸时,除了压降因□ 素,还需要考虑温度因素。正如前边过孔▂的讨论,即使几毫欧姆的电阻,都会产生显著的功耗,因此造成卐较大的温升。IPC 已经发布了用于指导“对于指定温■升的导体宽度选择”的标准。如图4,即为确定载流能力的数据表。例如:考虑0.1 inch 宽,1 ounce厚度的走线。对于10度温升,导线的载流能力为4A;对于45度温升,载流能力为9A。这些曲线表明了在极端条件下,迹线能够承载电流的能力。但是并没有考虑压降。考虑一个1 ounce 厚,1 inch 长,0.1 inch 宽的迹线,它的长10倍宽,并且每正方形0.5 mΩ。这样迹线的电阻为5 mΩ。温升10度等价于20mV的压降,45度的温升等价于45mV的压降。通常这类型压降比较显著,尤其是对々于1V电源。所以如果导线形状设计的合适,温升不应该是问题。

                3 交流寄生参数

                PWB布线有寄生电容电感。图5可以看出,即使电↑容没有安装,自身的寄生参数也能降低其电容的性能。在低频时,四类型的电容随着频率的升高都呈现出阻抗降低的趋势,但是当频率升高到一定值,其阻抗不在降低▅,反而开始升高。这是由电◥容的等效电感(ESL)造成的。根据电感的经验法则,导体的电感按6nH/mm(15Nh/in)计算。例如对于0.5mm长的电容,其⊙寄生电感为3nH。

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                图6提供了一个精确的电感计算公式。这个主要是用来计算自由空间中PWB 布线的电感『。有意思的是由于电感的自然对数关系式,较大的导线宽度对减少寄生电感影响较小。这就意味着我们需要尽量降低孤立布线的电感。

                图7是计算地平面正上方迹线寄生电感的公式。公式中关键点是寄生电感与层间距成正比,与导线宽度成反比。这就意味着相比孤立导线,我们有更多的控制变量来减少寄〖生电感。第二关键点是寄生电感与信号电流的环路面积成正比。图7中的第一个◥计算公式代表多层板中邻近地层的。注意:与图6相比,电感可以通过第三个变量来减少,而且还可以通过加宽导线来进一步降低寄生电∑ 感。第二个公式是典型的二层板。

                值得注意的是,只有当布线正下方的地线比迹线宽很多时候,上述寄生电感的计算才有效。如果地线宽度与其上ζ 方的走线差不多,结果会比计算值稍微大点█。

                图7 地碰面上的布线能够有效降低布线的寄生电感︻

                不管是旁路电容还是输出电容,要想电容有效,就应该尽量降低与其连【接的引线寄生电感。布线的第一步,设计者应该画出电路原理图后,布线工程师应该知道信号的关键路径。第二部,电源工程师应该规划布局,确保高的di/dt路径最短。尽量在需要的地方铺地,最小旁路电容的环路面积。

                设计者也可以考虑并▼联不同类型的电容来优化阻抗达到更好的带宽。通过并联2个不同类型的电容,可以获得更低的阻抗,获得更大的带宽。一般来说,频率越高的电容要求物理尺寸越小。

                图8并联电容优化阻抗,扩展带宽

                图9代表共模电感与频率的关√系曲线。可以看到当频率升到一定程度,电感就表现出电容的特性,这个叫做分布电容。任何电感都有相似的现象。分布电容的①典型值为10pF到100pF。

                图9 高频时,电感变为电容

                图10提供了计算层到层之间的分布电容公式。该电容与介电常数,相对介电常数,面积和厚∮度有关。介电常数是个常数1/ 36π ×10?9 F/m,然而相对介电常数与材料相关。对于典型的PWB 材料,相对介电常数为5F/m。设计者唯一可控的变量是面积和间距。为使两导体之间尽可能小的分布电容,就应该使面积尽可能小,间距尽可能大。

                交叉的迹线由于很小的分布电容,所以算不上主要问题。电容耦合问题通常包括层之间,焊盘之间◣以及并联的导体之间。例如图11为地层分布电容如何降低共模电感性能。这个╳例子中,共模电感下边的地层是连续的。并且有很大的电源和共模电感连接区域。这会造成明显的分布电¤容,从输入到底,然后≡再到输出。要想正确的连接这∞个共模电感,地层不应该穿越电感,并且连接引线的区域应该最小化。最严重的分布电容问题通常是反馈端的连接以及补偿放大器的连接。

                图10 范例计算分布电容

                图11 地层的分布电容短路共模电感

                总结:无意识的电感可能会损坏滤波电容的功能。所以在低阻抗电路比如滤波器开关电源定时器等设计中,一定要注意寄生电感▆参数。可以╳使用地层,加宽导线宽度,减小高di/dt的环路面积等措施☆来降低寄生电感;无意识的电容可能会损坏电感的功能。所以在高阻抗电路比如滤波器和放大器设计中,就应该注意分布电容的影响。可以采用布局技巧,屏蔽等措施来降低分布电容。注意放大器的输入端以及高的dv/dt路劲。

                本人,擅长MATLAB/SIMULINK软件,有十多年的经验,做过大量的项目以及课题;涵盖控制辨识,金融,机电液,图像处理识别,数据处理可视∏化,数字信号处理等领域。我的博客也包含大量的硬件设计方面的积累。

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                发表于 2020-06-26 15:09? 727次阅读
                电路设计之电容的应用分析

                5G基站给设备、材料等领域带来一♂波新的挑战和机遇

                从3G、4G到5G,基站架构变化较大,5G基站架构天线无源部分与RRU合为AAU,天线的集成度要求显....
                发表于 2020-06-14 10:08? 2225次阅读
                5G基站给设备、材料等领域带来一波新的挑战和机遇

                电容的作用和用途

                旁路电容:旁路电容,又称为退耦电容,是为某个器件提供能量的储能卐器件,它利用了电容的频率阻抗特性(理想....
                发表于 2020-06-08 16:04? 2610次阅读
                电容的作用和用途

                索尼PS5开发机专利曝光, V字形设计助其快速散...

                今天,索尼PS5开发机的专利∮详情被公布,表面看上去,此次 “深 V”的造型确实有些独特。
                发表于 2020-06-05 11:14? 1014次阅读
                索尼PS5开发机专利曝光, V字形设计助其快速散...

                高导热塑ぷ料具有铝所不具备的优异性能

                顾名思义,高导热塑料就是导热性能优良较高的塑料,耐压、耐高温、耐酸盐雾腐蚀、阻燃等级高,适合于挤塑、....
                发表于 2020-06-03 15:27? 81次阅读
                高导热塑料具有铝所不具备的优异性能

                彩乐乐网产品开发期间经常需要用到旁路电容

                因为降压转换器中的输入电容是这种拓扑结构的关键路径(热回路)的一部分,所以CBYP 的连接必须保证尽....
                发表于 2020-06-03 09:57? 1017次阅读
                彩乐乐网产品开发期间经常需要用到旁路电容

                适用于V5 LX330T的风扇/散热】器如何使用

                嗨, 任何人都可以建议》我使用什么样的/品牌的风扇或散热器来冷却高科技全球主板上△的V5 LX330T FPGA? 谢谢。...
                发表于 2020-06-02 10:12? 60次阅读
                适用于V5 LX330T的风扇/散热器如何使用

                关于导热双面胶带的特性材质介绍

                导热双∩面胶带是有压克力聚合物填充导热陶瓷粉末,与有机硅胶粘剂复合而成,一般是贴置于发热片于散热片之间....
                发表于 2020-06-01 16:16? 107次阅读
                关于导热双面胶带的特性材质介绍

                导热硅胶片的散热效果会受到单双面背胶的影响吗

                1、导热硅胶片背胶:首先导热硅胶片背胶方式普通有二种方式:单面背胶和双面背胶。而进行背胶处置的主要缘....
                发表于 2020-06-01 16:10? 112次阅读
                导热硅胶片的散热效果会受到单双面背胶的影响吗

                关于导热塑料的6大性能之间的比较

                1、材料流№动性: 通常会用熔融指数来表示。流动性好的导热材料,其成型比较容易,生产较为顺畅。基于流动....
                发表于 2020-06-01 16:04? 408次阅读
                关于导热塑料的6大性能之间的比较

                如何用正确的“姿势”稳定电压~

                因为降压转换器中的输入电容是这种拓扑结构的关键路径(热回路)的一部分,所以CBYP 的连接必须保证尽....
                发表于 2020-05-29 10:10? 868次阅读
                如何用正确的“姿势”稳定电压~

                东莞导热塑料注→定成为导热配件的主要力量

                大家都知道,灯具制造厂在LED应用方面会面临的一个重要挑战是散热管,在几年前,散热器的传统材料大多是....
                发表于 2020-05-26 10:28? 112次阅读
                东莞导热塑料【注定成为导热配件的主要力量

                东莞兆科教你:导热膏操作的实用小技巧

                能够运用到多种领域的导热膏,是帮助CPU降温的法宝,不管是高性能的计算机CPU,还是声卡、显卡,甚者....
                发表于 2020-05-25 09:52? 134次阅读
                东莞兆科教你:导热膏操作的实用小技巧

                如何挑选CPU的散热器

                高温天气,不仅让人热得浑身没劲,就连电脑也动不动就烫得厉害,这该如何是好呢?有点电脑基本知识的朋友都....
                发表于 2020-05-20 09:29? 294次阅读
                如何挑选CPU的散热器

                东莞↑导热塑料可在散热器结构中加入卡扣设计

                悬臂梁缺口冲击强度,抗拉强度,弯曲强度,通常可以比较不同材料的指标,指标数值越大越好。机械性能优异的....
                发表于 2020-05-20 09:25? 298次阅读
                东莞导热塑料可在散热器结构中加入卡扣设计

                导热相变化材料在新能源锂电池散热中的√应用

                新能源汽车锂电池由于其高能量和高功率密度而成为电动车辆和混合动力电动车辆︾的主要动力来源,同时高功率也....
                发表于 2020-05-14 09:49? 309次阅读
                导热相变化材料在新能源锂电池散热中的应用

                EMC设计重要点关注时钟

                这是骚扰源能量降低基本的手法,也々是最省心的,所以许多兄弟看到时钟就一顿猛操作,远场一看有点效果,都非....
                发表于 2020-05-13 14:31? 734次阅读
                EMC设计重要点关注时钟

                利用3D打印技术来制作航天用的散热器

                浙江天雄工业科技有限公司生产车间,3台工业级金属铺粉3D打印设备正在打印一款航天用散热器。
                发表于 2020-05-06 15:01? 1287次阅读
                利用3D打印技术来制作航天用的散热器

                如何进行PCB的布局详细方法说明

                在设计中,布局是一个重要的环节。布局结果的好¤坏将直接影响布线的效果,因此可以这样◥认为,合理的布局是P....
                发表于 2020-05-05 15:43? 1000次阅读
                如何进行PCB的布局详细方法说明

                LED电源为什么害怕硫

                LED光源怕硫,这是因为含硫的气体会通过其多孔性结构的硅胶或支架缝隙,与光源镀银层发生硫化反应。LE....
                发表于 2020-05-05 09:04? 894次阅读
                LED电源为什么害怕硫

                CPU散热器的作用_CPU散热器的▲选择

                CPU在工作的时候会产生大量的热,如果不将这些热量及时散发出去,轻则导致死机,重则可能将CPU烧毁,....
                发表于 2020-04-27 10:20? 206次阅读
                CPU散热器的作用_CPU散热器的选择

                cpu散热器怎么拆▲_CPU散热器■哪种好

                 每个使用过台式机的人都知道在机箱里有着许多个风扇,这些风扇让炙热的机箱能够保持一定的温度,不至于过....
                发表于 2020-04-27 10:16? 251次阅读
                cpu散热器怎么拆_CPU散热器哪种好

                cpu散热器如何选择,塔式、下压还是热管铜芯

                风冷散热器:塔式散热器 下压式散热器。塔式散热器:单塔弱于双塔(散热面积决定)。下压式散热器:大铜芯....
                发表于 2020-04-20 20:44? 2284次阅读
                cpu散热器如何选择,塔式、下压还是热管铜芯

                高玩超频提升性能↓的同时,散热的选择也至关重要

                无论是英特尔平台的睿频还是AMD平台的超频,都是为了让我们能够获得更高的性能。
                发表于 2020-04-20 20:39? 795次阅读
                高玩超频提升性能的同时,散热的选择也至关重要

                LED路灯的◣散热难题】,导热硅胶垫帮你轻松解决

                一、首先,依靠外壳散热器如铝壳,散热风扇等,降低LED路灯头的内部温度,进而使其内部达到相对♂平衡的环....
                发表于 2020-04-16 10:33? 147次阅读
                LED路灯的散热难题,导热硅胶垫帮你轻松解决

                导热塑料的各项性能比较

                1、材料流动性: 通常会用熔融指数来表示。流动性好的导热材料,其成型比较容易,生产较为顺畅。基于流动....
                发表于 2020-04-15 10:01? 214次阅读
                导热塑料的各项性能比较

                匀胶机无刷电机的应用案例介绍

                实验搅拌机在确认无刷电机外径尺寸57mm,如何再细化详细的参数呢?一般要确认的参数有直流电源电压,额....
                发表于 2020-04-13 10:55? 770次阅读
                匀胶机无刷电机的应用案例介绍

                新型铜合金钎焊箔或应用于高效铜散热器

                目前铜散热器和汽车热交换器正处于复兴阶段,因为电动或混合动力汽车上使用的IGBT模块,需要高效散热才....
                发表于 2020-04-08 17:10? 1113次阅读
                新型铜合金钎焊箔或应用于高效铜散热器

                法国Bleujour推出mini主机产品,最高可...

                Bleujour KUBB NUC最引人注目的应该是它的外观,虽然卐是一款mini主机,但它的外观却不....
                发表于 2020-03-24 17:16? 1522次阅读
                法国Bleujour推出mini主机产品,最高可...

                不同的散热器其区别是什么,适合的才是〗最好的

                经常接触DIY主机的用户想必对于风冷和水冷都不陌生,但对于刚刚接触DIY圈子的小白而言,却根本不清楚....
                发表于 2020-03-11 23:47? 1124次阅读
                不同的散热器其区别是什么,适合的才是最好的

                迎广推出SR24水冷散热器 冷头内部竟◢有2个水泵

                近日,迎广推出了与众不同的SR24水冷散热器,这款一体水冷与其他水冷散热器的不同之处在于它的冷头内部....
                发表于 2020-03-07 09:07? 1602次阅读
                迎广推出SR24水冷散热器 冷头内部竟有2个水泵

                导热矽胶布有什么优点?

                导热矽胶布是以玻璃纤维作为基材进行加固的有机硅高⌒ 分子聚合物弹性体,又名叫导热硅胶布,抗撕拉硅胶布,这种硅胶布能...
                发表于 2019-11-06 09:02? 152次阅读
                导热矽胶布有什么优点?

                VCD激光头有什么常见故障?

                VCD激光头是由激光二极管、物镜、聚焦线圈、循迹线圈以及光路系统的1/4波长片、分光棱镜、衍射光栅、柱形透镜等构成...
                发表于 2019-10-10 09:02? 361次阅读
                VCD激光头有什么常见故障?

                CPU散热器发展趋ζ势如何?

                市场追求的是高性价比,产品主要还是以风冷散热器◥为主,水冷散热器随着价格的不断下调,将占有越来越大的市场份额,随...
                发表于 2019-09-30 09:01? 391次阅读
                CPU散热器发展趋势如何?

                【微信精选】PCB生产不重视∩热设计,这是对产品性能的不尊♀重!

                PCB中热量的来源主要有三个方面:(1)彩乐乐网元器件的发热;(2)PCB本身的发热;(3)其它部分传来的热。 在这三个...
                发表于 2019-09-18 07:00? 374次阅读
                【微信精选】PCB生产不重视热设计,这是对产品性能的不尊重!

                ST1CC40DR在3A上过热

                嗨!我在eDesign工作室制作了CREE X-ML2 LED(最大输出为3A)的方案。但错过了IC在3A处失去0.8w的功率...
                发表于 2019-08-16 14:26? 475次阅读
                ST1CC40DR在3A上过热

                请问有什么适用于ML505的Virtex-5散热器和风扇吗?

                有人可以请我参考可以与ML505板上的Virtex-5一起使用的□散热器/风扇吗? (部件号/供应商/数据表) 这些是提到可...
                发表于 2019-08-16 10:08? 221次阅读
                请问有什么适用于ML505的Virtex-5散热器和风扇吗?

                电路散热有⊙什么技巧?

                出于▅可靠性原因,处理大功率的集成电路越来越需要达到热管理要求。所有半导体都针对结温(TJ)规定了安全上限,通常为...
                发表于 2019-08-09 06:35? 440次阅读
                电路散热有什么技巧?