DC / DC降压转换器接地反弹的详细说明

在高频下，可以将大型电容器（例如降压转换器的输入电容器CVIN）视为直流电压源。

同样，也可以将大型电感器（例如降压转换器输出电感器LBUCK）视为直流电流源。

这些近似值有助于直观理解。

图2显示了当开关在两个位置之间交替时磁通量如何变化。

大电感器LBUCK可使输出电流保持恒定。

类似地，大电容器CVIN维持大约等于VIN的电压。

由于输入引线电感两端的电压不变，因此输入电流也保持近似恒定。

尽管输入电流和输出电流基本不变，但是当开关从位置1切换到位置2时，总环路面积将迅速变为原来的一半。

环路面积的变化意味着磁通量的快速变化，这会导致沿接地环路的接地反弹。

实际上，降压转换器由一对半导体开关组成，如图3所示。

尽管每个图的复杂性都增加了，但是由磁通量变化引起的接地反弹的分析方法仍然非常简单直观。

实际上，磁通量的变化会在接地环路的各处产生电压，这提出了一个有趣的问题：真正的接地在哪里？因为接地反弹是指相对于称为接地的理想点（需要定义该点），所以在接地回路印刷线上会产生反弹电压。

在电源稳压器电路中，实际接地应连接到负载的低压侧。

毕竟，DC / DC转换器的目的是为负载提供稳定的电压和电流。

电流环路上的所有其他点都不是真实的接地，而只是接地环路的一部分。

由于负载的低压侧已接地，并且环路面积的变化是接地反弹的原因，因此图4显示了如何小心放置CVIN以通过减小环路面积的变化率来减少接地反弹。

电容器CVIN绕过PCB顶层的高端开关直接到达底层的低端开关的两端，从而减小了环路面积的变化并将其与接地环路隔离。

当开关从VIN的底部到负载的底部从一种状态切换到另一种状态时，没有环路面积变化或开关电流变化。

因此，接地回路中没有反弹。

实际上，PCB布局本身决定了电路的性能。

图5是图3中的降压转换器的电路原理图的PCB布局图。

当开关处于状态1所示的位置时，高端开关闭合，并且直流电流沿开关的红色环路流动。

外圈。

当开关处于状态2所示的位置时，低压侧开关闭合，直流电流沿蓝色回路流动。

注意由于环路面积的变化而引起的磁通量的变化。

因此，会产生电压和接地反弹。

为了清楚起见，布线是在单层PCB上实现的，但是即使使用第二层实心接地层也无法解决接地反弹问题。

在显示改进的布线图之前，图6给出了一个简单的示例，说明接地层无法解决该问题。

在这里，我们使用双层PCB添加一个垂直于顶部电源线的旁路电容器。

在左侧的示例中，接地平面是实体且未切割。

顶部印刷线的电流流过电容器，通过通孔，并到达接地层。

由于交流电始终沿着阻抗最小的路径流动，因此接地回路的电流会在其路径的拐角处返回电源。

因此，当电流的幅度或频率改变时，电流的磁场及其环路面积改变，从而改变了磁通量。

沿最小阻抗路径流动的电流定律意味着，即使整个接地平面（无论其连续性如何），也会发生接地反弹。

在右边的示例中，已正确规划和切割的接地层将限制返回电流，以最大程度地减小环路面积，从而大大减少接地反弹。

在割回线中产生的任何剩余的接地弹跳电压都与通用接地层隔离。

图1中的PCB布局为图7使用图6所示的原理。

6，减少地面弹跳。

双层PCB用于在接地平面的岛上布置输入电容器和两个开关。

这种接线不一定是最好的，但它工作得很好，并且可以说明关键问题。

应该注意的是，红色电流（状态1）和蓝色电流（状态2）所包围的环路面积很大，但是两个环路面积之差很小。

环路面积的小变化意味着变化