作者：Frederik Dostal ADI 公司
問題：
線圈應該放在哪里？
回答：
用于電壓轉換的開關穩壓器使用電感來臨時存儲能量。這些電感的尺寸通常非常大，必須在開關穩壓器的印刷電路板(PCB)布局中為其安排位置。這項任務并不難，因為通過電感的電流可能會變化，但并非瞬間變化。變化只可能是連續的，通常相對緩慢。
開關穩壓器在兩個不同路徑之間來回切換電流。這種切換非常快，具體切換速度取決于切換邊緣的持續時間。電流流經的走線稱為熱回路或交流電流路徑，其在一個開關狀態下傳導電流，在另一個開關狀態下不傳導電流。在PCB布局中，應使熱回路面積小且路徑短，以便最大限度地減小這些走線中的寄生電感。寄生走線電感會產生無用的電壓失調并導致電磁干擾(EMI)。
圖1.用于降壓轉換的開關穩壓器（帶如虛線所示的關鍵熱回路）。
圖1所示為一個降壓調節器，其中關鍵熱回路顯示為虛線。可以看出，線圈L1不是熱回路的一部分。因此，可以假設該電感器的放置位置并不重要。使電感器位于熱回路以外是正確的——因此在第一個實例中，安放位置是次要的。不過，應該遵循一些規則。
不得在電感下方（PCB表面或下方都不行）、在內層里或PCB背面布設敏感的控制走線。受電流流動的影響，線圈會產生磁場，結果會影響信號路徑中的微弱信號。在開關穩壓器中，一個關鍵信號路徑是反饋路徑，其將輸出電壓連接到開關穩壓器IC或電阻分壓器。
圖2.帶有線圈安放位置的ADP2360降壓轉換器的示例電路。
還應注意，實際線圈既有電容效應，也有電感效應。第一個線圈繞組直接連接到降壓開關穩壓器的開關節點，如圖1所示。結果，線圈里的電壓變化與開關節點處的電壓一樣強烈而迅速。由于電路中的開關時間非常短且輸入電壓很高，PCB上的其他路徑上會產生相當大的耦合效應。因此，敏感的走線應該遠離線圈。
圖2所示為ADP2360的示例布局。在本圖中，圖1中的重要熱回路標為綠色。從圖中可見，黃色反饋路徑離線圈L1有一定距離。它位于PCB的內層。
一些電路設計者甚至不希望線圈下的PCB中有任何銅層。例如，它們會在電感下方提供切口，即使在接地平面層中也是如此。其目標是防止線圈下方接地平面因線圈磁場形成渦流。這種方法沒有錯，但也有爭論認為，接地平面要保持一致，不應中斷：
u 用于屏蔽的接地平面在不中斷時效果最佳。
u PCB的銅越多，散熱越好。
u 即使產生渦流，這些電流也只能局部流動，只會造成很小的損耗，并且幾乎不會影響接地平面的功能。
因此，我同意接地平面層，甚至是線圈下方，也應保持完整的觀點。
總之，我們可以得出結論，雖然開關穩壓器的線圈不是臨界熱回路的一部分，但不在線圈下方或靠近線圈處布敏感的控制走線卻是明智的。PCB上的各種平面——例如，接地平面或VDD平面（電源電壓）——可以連續構造，無需切口。
Frederik Dostal [frederik.dostal@analog.com]就讀于德國愛爾蘭根大學微電子學專業。他于2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。
