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原文授权自:硬件笔记本
DC/DC电感下方铺铜,你是不是也纠结过这个问题?
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反正我是见过不少人纠结。前段时间群里正好聊到这个话题,大家你一言我一语,有的说一定要铺,有的说铺了反而坏事,谁也说服不了谁。我翻了翻网上的讨论,发现这个争议还真不是一天两天了。
先说我个人的做法吧。我们平时做设计,大多数情况会按手册推荐的Layout来,这么多年下来,电源这块很少出问题。所以我的一个基本思路是:芯片厂商给的参考,大概率是不会错的。
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但这不代表所有情况都一刀切。下面咱们就具体聊聊,什么情况下铺铜是合理的,什么情况下可以不用铺,或者需要额外留意。
01
铺铜是对的,不敷铜也是对的
大家之所以在这个问题上争论不休,主要是因为它确实有两面性,而且都有一定的道理。
反对铺铜的人,最担心的是影响电感量。尤其是对于非屏蔽电感,比如工字型电感,它的磁力线是完全暴露在空气中的。如果在电感正下方铺上铜皮,高频磁场会在铜皮上感应出涡流,这个涡流产生的磁场方向刚好和原来的磁场相反,相当于削弱了电感。
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根据MPS官网资料显示,这种影响可能让电感电流的峰值增加约8%左右,也就是说电感量会有所下降。另外也有人担心,这个涡流噪声会串到地平面上去,弄脏整块GND,影响其他电路工作。
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图源:MPS官网
支持铺铜的一方,理由也很充分。首先铜皮能起到电磁屏蔽的作用,把电感泄漏的磁场限制在局部,不让它往下窜,干扰PCB背面的走线或附近的敏感器件。同时铜皮导热性好,能帮助电感把热量散出去,对散热是有帮助的。
你看,两边都有道理。那到底怎么选?关键在于一个被很多人忽略的前提条件:你用的是哪种类型的电感。
02
是否铺铜?跟电感类型有关
实际上,这个问题的答案很大程度上取决于你选用的电感是哪种结构。咱们分三类来看。
第一类是非屏蔽电感
典型代表就是工字型电感,前面已经讲过它的原理,这里不重复了。使用工字型电感时,铺铜可以压制EMI,但要接受感量下降,可能需要重新调整电感值来补偿;不铺铜的话感量准确,但EMI就得靠其他手段来处理,比如拉开距离或加屏蔽罩。
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第二类是半屏蔽电感
它是在非屏蔽电感外围包裹了磁性材料,把大部分磁力线锁在材料内部,只有少量从气隙中泄漏出来。这种电感底部铺铜对感量的影响已经很小了,几乎可以忽略,而铺铜带来的EMI抑制和散热好处却很实在。
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第三类是一体成型电感
这是目前性能最好的一类,就像文章开头说的,咱们平时的项目几乎都是用这种,所以铺不铺铜这个问题关注得很少,也很少出问题。对于一体成型电感,铺铜纯粹就是为了散热和辅助屏蔽,没有任何负面影响。
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从实际应用来看,现在大多数DC/DC设计用的都是半屏蔽或一体成型电感,工字型电感已经用得越来越少了。所以你平时如果没特别留意这个问题,大概率也踩不到坑。
03
小结
文章不长,最后给大家一个可以直接拿去用的结论。
常规情况下,直接铺铜,不用纠结。只要你用的不是工字型那种非屏蔽电感,就在电感下方铺一块完整的GND铜皮,放心铺。它不会影响电源性能,但能帮你在EMI测试上少操心,还能捎带手改善散热。我们平时设计都是这么处理的,跟着芯片手册的Layout指导走,几乎没出过问题。
只有一种情况需要你额外考虑。如果你确实因为成本或其他原因,不得不用工字型非屏蔽电感,那就要有意识地做一下评估。铺铜的话注意电感值可能要微调,不铺铜的话EMI方面要留足余量。
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最后再说一句,无论铺不铺铜,电源的布局才是真正的决定性因素。高频开关环路的面积控制住了没有?输入输出电容放对位置了没有?驱动回路的走线合理吗?这些没做好,电感底下那块铜皮是铺还是不铺,根本改变不了大局。反过来,布局做得扎实,铺铜那点影响根本掀不起什么浪花。
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