技術(shù)資訊 | 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中的寄生噪聲

所有的PCB 布局都有寄生因素，但這些因素并不會(huì)總是給您的電路帶來(lái)重大問(wèn)題。在某些電路中，它們可能非常麻煩，并且需要一些額外的電路來(lái)防止由寄生因素引起的噪聲問(wèn)題。典型的例子是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，它在組件和 PCB 布局中需要考慮重要的寄生參數(shù)。寄生效應(yīng)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的 PCB 布局中的以下區(qū)域中特別突出：

開(kāi)關(guān) MOSFET 的端子和主體中的電感和電容

反饋回路和高 dI/dt 回路中的回路電感（輸入和輸出）

PCB布局中開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和其他導(dǎo)體之間的互電容

本文向大家介紹一些可用于控制源自這些寄生效應(yīng)的噪聲問(wèn)題的電路設(shè)計(jì)和布局策略。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路中的寄生問(wèn)題

如果將開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路原理圖與這些器件的 PCB 布局進(jìn)行比較，很容易看出 PCB 布局中可能存在寄生效應(yīng)。在這些設(shè)計(jì)中，寄生電容和電感會(huì)產(chǎn)生上述噪聲問(wèn)題，但一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)策略可以幫助抑制這些噪聲問(wèn)題。在接下來(lái)的示例中，我們將使用以下降壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)說(shuō)明這些原理，相同的方法也適用于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>

（一）、設(shè)計(jì)輸出濾波器降低開(kāi)關(guān)噪聲的一種方法是在輸出端放置一個(gè)濾波電路。這通常用于輸出級(jí)聯(lián)的 LC 電路，如下所示。在本例中，電容器將具有一些有效串聯(lián)電阻 (ESR)，通常遠(yuǎn)小于 1 Ω。

降壓轉(zhuǎn)換器輸出濾波器示例。

這種設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)是需要確保新的濾波器元件不會(huì)為電路的傳遞函數(shù)增加一個(gè)額外的極點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致時(shí)域中的欠阻尼振蕩（振鈴）。抑制任何瞬態(tài)響應(yīng)的最簡(jiǎn)單方法是使用更大的電容器，并在電容器上串聯(lián)一個(gè)小電阻器（僅幾 Ω）。這里需要進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)和仿真，以確保沒(méi)有過(guò)多的瞬態(tài)振蕩，并確保適當(dāng)?shù)匾种崎_(kāi)關(guān)噪聲。（二）正確設(shè)計(jì)交換節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確估計(jì)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電容，以確保電容與高端和低端 MOSFET 電容相比不會(huì)太高。作為一般規(guī)則，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)必須足夠大，以流通所需的電流，但又要足夠小，以具有低電容。如果開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容太大，則可能需要將其尺寸縮小，以確保電流限制在開(kāi)關(guān) MOSFET 中，而不是通過(guò)寄生電容耦合。

開(kāi)關(guān)負(fù)載電容與低端 MOSFET 電容。

值得慶幸的是，與上面示例降壓轉(zhuǎn)換器中所示的低端 MOSFET 電容相比，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容通常非常小。

• 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容：約 24 pF/sq。mm（假設(shè)基板 Dk = 4，厚度 = 0.1 mm，邊緣因子為 4）
• l MOSFET DS 電容：大約 1-10 nF

這意味著，對(duì)于具有高電容的物理大型 MOSFET，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)至少需要 40 平方毫米，以允許噪聲繞過(guò)低側(cè) MOSFET 并到達(dá)接地網(wǎng)絡(luò)。因此，我們通常可以忽略開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)對(duì) GND 的電容。更重要的是與其他電路的互電容，它允許在高 dV/dt 擺幅下進(jìn)行噪聲耦合。使接地更靠近開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)有助于減少這種互電容。（三）、RC 緩沖器當(dāng)我們?cè)?a href="http://ttokpm.com/tags/開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器/" target="_blank">開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器方面提到 RC 緩沖器時(shí)，它被放置在低端 MOSFET 上，如下所示。

RC 緩沖器放置在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路中。

如果 RC 支路具有足夠高的阻抗（在 MOSFET 的固有頻率下通常為幾 Ω），則可以抑制 MOSFET 的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)響應(yīng)。此 RC 支路的設(shè)計(jì)和仿真需要一個(gè)精確的 MOSFET 電路模型，其中必須包括寄生效應(yīng)，以便正確計(jì)算和仿真。總結(jié)

與往常一樣，在實(shí)施解決 PCB 布局或電路設(shè)計(jì)中的寄生問(wèn)題的解決方案時(shí)，請(qǐng)務(wù)必仿真您的想法。在這種情況下，所需的仿真包括瞬態(tài)分析和頻率掃描，以評(píng)估附加電路部分將如何作用于您的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。

總的來(lái)說(shuō)，下面這些 PCB 設(shè)計(jì)和布局建議可以幫助您抑制電源調(diào)節(jié)器電路中的噪聲：

1. 使地更靠近開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)

2. 使用更小的交換節(jié)點(diǎn)

3. 如果MOSFET振鈴太大，請(qǐng)使用 RC 緩沖電路

4. 使用具有臨界阻尼響應(yīng)的輸出濾波器來(lái)降低開(kāi)關(guān)噪聲，而不會(huì)產(chǎn)生新的瞬態(tài)振鈴問(wèn)題

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