开关电源PCB排版中电感高频滤波特性

wang7812 · 发表于 2019-3-2 11:32:03

[paragraph]二、电感高频滤波特性　

图5中的电流环路类似于一匝线圈的电感。高频交流电流所产生的电磁场R（t）将环绕在此环路的外部和内部。如果高频电流环路面积（Ac）很大，就会在此环路的内外部产生很大的电磁干扰。

图5 电感结构和寄生等效并联电容和电阻

电感的基本公式是
　　

从式（5）可知，减小环路的面积（Ac）和增加环路周长（lm）可减小L。

电感通常存在等效并联电阻（EPR）和等效并联电容（Cp）二个寄生参数。图6是电感在不同工作频率下的阻抗（ZL）。

图6 电感阻抗（ZL）曲线

谐振频率（fo）可以从电感自身电感值（L）和它的等效并联电容值（Cp）得到，即
　　

当一个电感工作频率在fo以下时，电感阻抗随频率的上升而增加，即
　　

当电感工作频率在fo以上时，电感阻抗随频率的上升而减小，即
　　

当电感工作频率接近fo时，电感阻抗就等于它的等效并联电阻（REPR）。

在开关电源中电感的Cp应该控制得越小越好。同时必须注意到，同一电感量的电感会由于线圈结构不同而产生不同的Cp值。图7就显示了同一电感量的电感在二种不同的线圈结构下不同的Cp值。图7（a）电感的5匝绕组是按顺序绕制。这种线圈结构的Cp值是l匝线圈等效并联电容值（C）的1／5。图7（b）电感的5匝绕组是按交叉顺序绕制。其中绕组4和5放置在绕组1、2、3之间，而绕组l和5非常靠近。这种线圈结构所产牛的Cp是1匝线圈C值的两倍。

图7 不同线圈结构造成不同等效并联电容值

可以看到，相同电感量的两种电感的Cp值居然相差达数倍。在高频滤波上如果一个电感的Cp值太大，高频噪音就会很容易地通过Cp直接耦合到负载上。这样的电感也就失去了它的高频滤波功能。

图8显示了在一个PCB上Vin通过L至负载（RL）的不同走线方式。为了降低电感的Cp，电感的二个引脚应尽量远离。而Vin正极至RL和Vin负极至RL的走线应尽量靠近。

图8 滤波电路PCB走线方式

电源排版基本要点2 ：
电感的寄生并联电容应尽量小，电感引脚焊盘之间的距离越远越好。