为了更好的理解振铃的原理,将对开关瞬态过程做一个详细的分析。假设控制管关闭, 同步管打开,所有的电压已经稳定,电感电流IL 开始降低(以特定的斜率),见下图(开关节点的波形)的阶段1。阶段2,同步管开始关闭,控制管打开前会有一段死区时间来防止直通。在这段死区时间内,电感电流会从同步管的体二极管中流过,导致开关节点的电压有一个小的下降。阶段3 以控制管的打开开始,随着控制管上流过电流的增加,导致同步管体二极管逐渐关断。体二极管的反向电流以及同步管电容电压的充电会造成流过控制管电流的过冲。
而这个电流过冲则会被同步管的输出电容所吸收,导致开关节点上电压的过冲。同步管的电容,寄生电感(封装电感,较差的布局,等等)组成了谐振网络,导致了开关管上的振铃(见阶段3)。
1. 由于振铃会在开关节点上叠加,所以有两方面要去考虑:
a. 电压裕度
2. 振铃第一次尖峰电压的幅值与MOSFET 击穿电压的比例
b. 电磁干扰/电磁兼容
因为振铃产生的传导和辐射噪声
开关节点的波形
电磁干扰/电磁兼容问题比较主观且非常依赖于整体系统的设计。故不在此叙述,主要侧重于电压裕度的分析。
根据MP38892的DataSheets中关于PCB布线及布局图有以下的提示说明(PCB Layout Guide):
PCB layout is very important to achieve stable operation. Please follow these guidelines and take Figure3 for references.
1) Keep the path of switching current short and minimize the loop area formed by Input cap, high-side and low-side MOSFETs.
2) Keep the connection of low-side MOSFET between SW pin and input power ground as short and wide as possible.
3) Ensure all feedback connections are short and direct. Place the feedback resistors and compensation components as close to the chip as possible.
4) Route SW away from sensitive analog areas such as FB.
5) Connect IN, SW, and especially GND respectively to a large copper area to cool the chip to improve thermal performance and long-term reliability.
我英语不好,所以使用大谷歌的翻译以及自己的理解给出一下的中文翻译:
1)保证开关电流的路径短,并最大限度地减少输入电容和MOSFET的高侧跟MOSFET低侧所形成的环路面积。
2)保持低边MOSFET的 SW引脚和输入电源地短而宽越好之间的连接。
3)确保所有的反馈连线短而直。尽可能将反馈电阻和补偿元件靠近芯片。
4)敏感的模拟路线应远离SW区域,如FB。
5)IN、SW、GND应大面积敷铜,特别是GND,便于芯片的散热,以提高散热性能和长期可靠性。
如下图是手册上给的布局图,这个图上要注意的也有以下几个点‘当然这些知识我个人的一点总结,欢迎来指正错误。
1. 如图中所标的1区域是SW的敷铜区,这个面积比较大而宽,但也不是尽量的的宽,如右侧的电感的那段只是靠近的一点相连,还有就是该信号与地及输入等其他信号线之间的间距要相对比较大,以防止电磁干扰;
2. 如图中2的位置是顶层地与地层地的连接过孔,该处主要体现了模拟信号中的大电流地与小电流地的单点相连,即单点接地,这样的好处是不会形成地环路,减小电磁干扰;
3. 如图中3所示,结合背面的布线可以看到该信号是输电电压的反馈信号线,该信号线应靠近滤波电容的位置,这样减小反馈电压的纹波。
4. 如图中4所示芯片的热焊盘以及顶部有大面积的敷铜以及过孔,这样方便芯片的散热和空气流通;
5. 图中5该引脚是MOSFET的门控制信号,他走底层,远离了大电流区域,以防止***扰;
6. 图中6区域是大电流区域,该区域是输入地和MOSFET的低侧,该区域应将尽可能的短而宽,来降低纹波。