DC/DC電源下方鋪銅是否有益

對(duì)DC/DC 電源的電感底部是否應(yīng)該鋪銅這個(gè)問題，工程師們常常意見分歧。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在電感下方鋪銅會(huì)在接地面上產(chǎn)生渦流；渦流會(huì)影響功率電感的電感量并增加系統(tǒng)損耗，而接地面噪聲會(huì)影響其他高速信號(hào)。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，完整的銅平面可以降低 EMI 并改善散熱。

本文將首先介紹電感的分類，然后進(jìn)行一個(gè)電感下方鋪銅的實(shí)驗(yàn)。最后，我們將解釋鋪設(shè)銅層的益處，然后再對(duì) DC/DC 電源下方鋪銅是否有益這個(gè)問題做出結(jié)論。

電感的分類

在解決鋪銅爭(zhēng)論之前，我們首先需要了解電感通常是如何分類的。簡(jiǎn)而言之，電感可分為三類：

非屏蔽電感

非屏蔽電感的磁路由核心由空氣組成，這意味著它的磁力線完全暴露在空氣中，沒有任何磁屏蔽。

半屏蔽電感

半屏蔽電感是在非屏蔽電感的基礎(chǔ)之上，將磁屏蔽材料結(jié)合在電感外圍。由于導(dǎo)磁材料的磁阻小，磁力線基本上被鎖定在材料中。只有一小部分磁場(chǎng)會(huì)從氣隙中溢出。因此，這種電感的外部漏磁極小。

一體成型電感

一體成型電感將繞組和磁性材料一次澆筑而成，只在內(nèi)部留下一個(gè)很小的氣隙以防止電感飽和。因此，這類電感在很大程度上沒有磁力線溢出。

如下圖 1 總結(jié)了這三種類型的電感。

圖 1 電感的分類

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)中，我們用 MPS 某款buck芯片評(píng)估板來進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了模擬在電感下方鋪設(shè)銅層，我們?cè)陔姼懈浇胖靡粔K接地銅片，然后測(cè)量電感電流紋波，用以評(píng)估在電感下方鋪銅的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)銅片靠近非屏蔽電感放置時(shí)，峰值電感電流增加了約 8%（見圖 2）。當(dāng)使用其他類型電感時(shí)，電感電流的峰峰值幾乎保持不變。

圖 2：使用 MPS 評(píng)估板進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，在電感底部鋪銅，僅對(duì)非屏蔽電感的感量有少量影響，對(duì)屏蔽電感感量則幾乎沒有影響。

在電感下方鋪銅的益處

當(dāng)在電感底部鋪銅時(shí)，電感或者其他高頻回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在鋪銅處產(chǎn)生渦流，渦流的作用會(huì)使得原磁力線被削弱，這就像電磁屏蔽罩一般，可以“阻斷”磁場(chǎng)向下傳播，減小高頻磁場(chǎng)對(duì)空間內(nèi)其他元器件的影響，從而有利于EMI的測(cè)試。（參見圖 3）。如果我們將EMI濾波元件及接插件于背面放置，則能進(jìn)一步優(yōu)化EMI的性能。

圖3: 渦旋效應(yīng)抵消了高頻磁場(chǎng)

結(jié)論

根據(jù)以上討論，我們建議在EMI 測(cè)試中對(duì)電感鋪銅，因?yàn)樗梢愿纳?EMI 性能。從電感感量的角度，對(duì)于屏蔽型電感，電感感量基本沒有影響，因此也建議鋪銅；僅對(duì)于工字型電感，鋪銅對(duì)電感感量有少許影響，工程師可以視情況而定。

審核編輯 ：李倩