布局指南可最大限度地提高汽车电源性能并减少排放

描述

使用高频开关稳压器时,汽车电源的良好PCB布局将提供干净的输出电源,并节省调试电磁干扰(EMI)室中辐射问题的时间。本应用笔记解释了如何布局MAX16903/MAX16904开关稳压器,以最大限度地提高性能并降低辐射。

介绍

当使用MAX16903/MAX16904等高频开关稳压器时,良好的汽车电源PCB布局将提供干净的输出电源,并节省调试电磁干扰(EMI)室中辐射问题的时间。本应用笔记以MAX16903和MAX16904为例,概述了电路的一些关键设计问题,优化布局最有利。

一般布局指南

最小化输入电容 (C3)、电感 (L1) 和输出电容 (C2) 的走线环路面积。

将偏置输出电容 (C4) 尽可能靠近引脚 13 (BIAS) 和引脚 14 (GND),引脚和电容器之间不要有任何过孔。这是IC的模拟电源;此连接上的任何电感都会增加偏置电源上的噪声,进而增加LX输出的抖动。

较短的迹线比较宽的迹线更好。

优化交流-直流电流路径

为了最大限度地降低辐射,MAX16903/MAX16904无源元件的布局至关重要。存在电流阶跃变化的路径被视为交流电流路径,可以通过消除电流在开关周期的ON和OFF部分流动的路径来查看它们。在ON和OFF周期内有电流流过的路径被视为直流电流路径。

交流电流路径

MAX16903同步DC-DC转换器在开关电流路径中直接具有三个无源元件(C2、C3和L1)。这三个组件对排放和设备性能的影响最大。图1和图2显示了ON和OFF周期期间的开关电流路径;图3显示了di/dt最高的两条电流路径之间的差异。优化组件 C3 的布局是最高优先级,其次是针对 L1 和 C2 进行优化。

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升压交流电流路径

MAX16903/MAX16904 DC-DC转换器采用高边DMOS器件,要求LX引脚(DMOS的源极)上方提供5V电源电压。为了产生该电压,在 LX 和 BST 引脚之间连接了一个升压电容器(图 4)。在DMOS的关断周期内,升压电容(C1)由5V BIAS稳压器充电。偏置输出也用于为误差放大器供电。因此,BIAS必须尽可能保持安静,以消除对误差放大器电路产生负面影响的多余噪声。实现此目的的最佳方法是将C4与MAX16903/MAX16904连接之间的电感降至最低。因此,将C4放置在尽可能靠近引脚14(GND)和引脚13(偏置)的位置,而不增加任何过孔。

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图4.升压电容器交流电流。

扩频

当良好的布局不足以通过客户要求的辐射测试时,可以订购启用扩频时钟的MAX16903/MAX16904。与标准版本相比,支持扩频的器件可将FM频段噪声降低15dB。有关如何订购支持扩频的版本的信息,请参见数据手册。

示例:使用 TSSOP 封装的两层 PCB 布局

图 5 和图 6 显示了使用上述指南的两层布局示例。

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图5.使用 TSSOP 封装的两层 PCB 布局示例 — 顶层。

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图6.使用 TSSOP 封装的两层 PCB 布局示例 — 底层。

示例:使用 TDFN 封装的两层 PCB 布局

图 7 和图 8 显示了使用上述指南的两层布局示例。

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图7.使用 TDFN 封装的两层 PCB 布局示例 — 顶层。

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图8.使用 TDFN 封装的两层 PCB 布局示例 — 底层。

主电源滤波

主电源上的滤波也非常重要,因为这是在离开模块之前可以减少传导辐射的最后一点。对于MAX16903等高频开关稳压器,FM无线电频段(76MHz至108MHz)通常出现传导辐射问题。为了减少这些辐射,请在此频率范围内添加具有高阻抗的铁氧体磁珠和/或自谐振频率高于108MHz的电感器。

结论

正确布局MAX16903开关稳压器的关键无源元件(图9)将有助于最大限度地降低源头的噪声和辐射。这将在项目的资格认证阶段节省宝贵的时间和精力。

 

 

指定 数量 描述
C1 1 0.1μF、10V ±10% X7R 0402 陶瓷电容器
C2 1 10μF、10V ±10% X7R 1206 陶瓷电容器
C3 1 4.7μF、50V ±10% X7R 1210 陶瓷电容器
C4 1 2.2μF、10V ±10% X7R 0805 陶瓷电容器
R1、R2 1 20kΩ ±1% 0402 电阻
L1 1 LPS3015-472MLB 4.7μH 电感器
U1 1 MAX16903/MAX16904低I电平Q直流-直流转换器

 

 

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图9.用于PCB布局的原理图。

审核编辑:郭婷

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