开关稳压器的電(diàn)感器下方是否应接地？

2022-06-22

开关稳压器的電(diàn)感器下方是否应接地？

这是另一个“取决于”问题，因為(wèi)它与设计中使用(yòng)的電(diàn)感器类型、線(xiàn)圈方向以及電(diàn)感器的漏磁是否大到足以产生噪声问题有(yǒu)关。有(yǒu)不同类型的電(diàn)感器具有(yǒu)不同的形状因数，这些電(diàn)感器可(kě)以在开关稳压器的开关操作期间在元件周围产生不同的磁场分(fēn)布。

尽管電(diàn)感器及其磁性行為(wèi)存在差异，但仍有(yǒu)一些通用(yòng)原则可(kě)用(yòng)于判断在开关稳压器電(diàn)路中電(diàn)感器附近放置接地的效果。我们将在本文(wén)中介绍其中的一些原则。

電(diàn)感器如何在开关稳压器中耦合噪声

当電(diàn)感器在電(diàn)压调节器電(diàn)路中以开关電(diàn)流工作时，开关電(diàn)流会产生磁场。这是麦克斯韦方程中描述的電(diàn)磁學(xué)的基本事实。然后，时变磁场可(kě)以在附近的電(diàn)路中感应出電(diàn)动势。

让我们考虑一下下面3D视图中显示的绕線(xiàn)電(diàn)感器。当开关電(diàn)流流过線(xiàn)圈时，線(xiàn)圈会发出时变磁场。如果你回到你的物(wù)理(lǐ)课，你就会知道由开关電(diàn)流产生的不断变化的磁场会在周围的导體(tǐ)中感应出涡流。

由于来自PWM驱动電(diàn)路的开关電(diàn)流，電(diàn)感線(xiàn)圈产生的磁场。

L2上场線(xiàn)几乎垂直于接地层的區(qū)域将感应涡流。

不同类型的電(diàn)感器在電(diàn)感器磁芯周围会有(yǒu)不同的磁场分(fēn)布。電(diàn)感器磁芯的方向、用(yòng)于构建電(diàn)感器的材料以及電(diàn)感器的类型（绕線(xiàn)、薄膜型、屏蔽等）也很(hěn)重要。在上述情况下，我们有(yǒu)一个垂直定向的電(diàn)感線(xiàn)圈。但是，如果该電(diàn)感器被屏蔽，则由开关電(diàn)流产生的磁场将大部分(fēn)包含在電(diàn)感器封装内。其他(tā)封装（如环形電(diàn)感器）有(yǒu)助于将磁通量包含在缠绕線(xiàn)圈内。

切口仍会经历感应EMF和電(diàn)流

如果您放置一个切口，仍然会在附近的平面层中产生EMF和产生的電(diàn)流。在下面的示例中，如果我们假设磁场指向切口，则生成的電(diàn)流回路将是顺时针方向，如下所示。

位于GND平面/多(duō)边形切口上方的電(diàn)感器仍会在带有(yǒu)切口的层中产生涡流。

如果我们通过所有(yǒu)层切割这个地面，现在我们会遇到非常糟糕的情况，我们会在所有(yǒu)层上感应这些電(diàn)流。它还允许磁场在PCB周围散发，而带有(yǒu)GND的外壳通常会屏蔽它。从EMC的角度来看，这是非常糟糕的。将地放在電(diàn)感器下方会阻止该磁场通过電(diàn)路板并可(kě)能(néng)干扰其他(tā)组件；我认為(wèi)这是在電(diàn)感器下方使用(yòng)它的适当理(lǐ)由。

磁感应電(diàn)流如何影响操作

上面的逻辑是，如果接地位于電(diàn)感器下方，磁场将在下一层产生涡流。这些涡流会产生自己的磁场，与電(diàn)感器的磁场相反。推理(lǐ)是電(diàn)感器将具有(yǒu)较低的“等效”電(diàn)感，因為(wèi)开关電(diàn)流产生的总磁场较低。如果你愿意，你也可(kě)以从電(diàn)感線(xiàn)圈和平面之间的互感来考虑；这降低了系统的总電(diàn)感。

假设的结果将是在其他(tā)電(diàn)路中感应的噪声。然而，接地对内部层上的電(diàn)路和布線(xiàn)提供了一些屏蔽，从而限制了表面层附近的噪声。无论您是否放置切口，涡流和噪声无论如何都会存在，因此您必须容忍電(diàn)感器附近的電(diàn)路中的一些噪声。由于更好的选择是屏蔽所有(yǒu)其他(tā)层中的这种噪声，因此我赞成電(diàn)感器下方的接地。使接地更靠近電(diàn)源调节器中的元件通常也是控制寄生效应的好主意。

概括

我们从上述讨论中得到了几个主要结果：

在電(diàn)感下方放置接地会降低其有(yǒu)效電(diàn)感；使地更靠近電(diàn)感器会产生更大的電(diàn)感降低

在電(diàn)感下方放置接地有(yǒu)助于屏蔽内部/背层上的其他(tā)電(diàn)路，使其免受直接来自電(diàn)感磁芯的噪声的影响，但如果开关环路分(fēn)布在叠层上，则要小(xiǎo)心，因為(wèi)这可(kě)能(néng)会在附近的走線(xiàn)上引起噪声

最后，可(kě)以公平地得出结论，如果您愿意由于相邻铜箔中存在涡流而牺牲一点電(diàn)感，那么在开关稳压器PCB布局中将接地置于开关节点和電(diàn)感器下方是没有(yǒu)问题的。更好的选择是将其与屏蔽電(diàn)感器结合使用(yòng)；您可(kě)以获得屏蔽接地的好处，并且電(diàn)感器封装将更好地包含磁场。顶层噪声问题通过适当的布局和额外的屏蔽来解决，方法是将GND网络放置在靠近控制電(diàn)路和任何敏感走線(xiàn)的位置。

就开关节点而言，可(kě)能(néng)存在一些争论，即在开关节点附近放置接地是否会导致过多(duō)的噪声耦合遠(yuǎn)离开关节点并进入接地。只要整流元件的電(diàn)容足够大，阻抗最小(xiǎo)的路径将通过整流元件，而不是通过電(diàn)容耦合回到附近的接地层。在大多(duō)数情况下，这是整流MOSFET的终端電(diàn)容。