開關穩(wěn)壓器的電感器下方是否應接地？

這是另一個“取決于”問題，因為它與設計中使用的電感器類型、線圈方向以及電感器的漏磁是否大到足以產生噪聲問題有關。有不同類型的電感器具有不同的形狀因數(shù)，這些電感器可以在開關穩(wěn)壓器的開關操作期間在元件周圍產生不同的磁場分布。

盡管電感器及其磁性行為存在差異，但仍有一些通用原則可用于判斷在開關穩(wěn)壓器電路中電感器附近放置接地的效果。我們將在本文中介紹其中的一些原則。

電感器如何在開關穩(wěn)壓器中耦合噪聲

當電感器在電壓調節(jié)器電路中以開關電流工作時，開關電流會產生磁場。這是麥克斯韋方程中描述的電磁學的基本事實。然后，時變磁場可以在附近的電路中感應出電動勢。

讓我們考慮一下下面3D視圖中顯示的繞線電感器。當開關電流流過線圈時，線圈會發(fā)出時變磁場。如果你回到你的物理課，你就會知道由開關電流產生的不斷變化的磁場會在周圍的導體中感應出渦流。

由于來自PWM驅動電路的開關電流，電感線圈產生的磁場。

L2上場線幾乎垂直于接地層的區(qū)域將感應渦流。

不同類型的電感器在電感器磁芯周圍會有不同的磁場分布。電感器磁芯的方向、用于構建電感器的材料以及電感器的類型（繞線、薄膜型、屏蔽等）也很重要。在上述情況下，我們有一個垂直定向的電感線圈。但是，如果該電感器被屏蔽，則由開關電流產生的磁場將大部分包含在電感器封裝內。其他封裝（如環(huán)形電感器）有助于將磁通量包含在纏繞線圈內。

切口仍會經歷感應EMF和電流

如果您放置一個切口，仍然會在附近的平面層中產生EMF和產生的電流。在下面的示例中，如果我們假設磁場指向切口，則生成的電流回路將是順時針方向，如下所示。

位于GND平面/多邊形切口上方的電感器仍會在帶有切口的層中產生渦流。

如果我們通過所有層切割這個地面，現(xiàn)在我們會遇到非常糟糕的情況，我們會在所有層上感應這些電流。它還允許磁場在PCB周圍散發(fā)，而帶有GND的外殼通常會屏蔽它。從EMC的角度來看，這是非常糟糕的。將地放在電感器下方會阻止該磁場通過電路板并可能干擾其他組件；我認為這是在電感器下方使用它的適當理由。

磁感應電流如何影響操作

上面的邏輯是，如果接地位于電感器下方，磁場將在下一層產生渦流。這些渦流會產生自己的磁場，與電感器的磁場相反。推理是電感器將具有較低的“等效”電感，因為開關電流產生的總磁場較低。如果你愿意，你也可以從電感線圈和平面之間的互感來考慮；這降低了系統(tǒng)的總電感。

假設的結果將是在其他電路中感應的噪聲。然而，接地對內部層上的電路和布線提供了一些屏蔽，從而限制了表面層附近的噪聲。無論您是否放置切口，渦流和噪聲無論如何都會存在，因此您必須容忍電感器附近的電路中的一些噪聲。由于更好的選擇是屏蔽所有其他層中的這種噪聲，因此我贊成電感器下方的接地。使接地更靠近電源調節(jié)器中的元件通常也是控制寄生效應的好主意。

概括

我們從上述討論中得到了幾個主要結果：

在電感下方放置接地會降低其有效電感；使地更靠近電感器會產生更大的電感降低

在電感下方放置接地有助于屏蔽內部/背層上的其他電路，使其免受直接來自電感磁芯的噪聲的影響，但如果開關環(huán)路分布在疊層上，則要小心，因為這可能會在附近的走線上引起噪聲

最后，可以公平地得出結論，如果您愿意由于相鄰銅箔中存在渦流而犧牲一點電感，那么在開關穩(wěn)壓器PCB布局中將接地置于開關節(jié)點和電感器下方是沒有問題的。更好的選擇是將其與屏蔽電感器結合使用；您可以獲得屏蔽接地的好處，并且電感器封裝將更好地包含磁場。頂層噪聲問題通過適當?shù)牟季趾皖~外的屏蔽來解決，方法是將GND網絡放置在靠近控制電路和任何敏感走線的位置。

就開關節(jié)點而言，可能存在一些爭論，即在開關節(jié)點附近放置接地是否會導致過多的噪聲耦合遠離開關節(jié)點并進入接地。只要整流元件的電容足夠大，阻抗最小的路徑將通過整流元件，而不是通過電容耦合回到附近的接地層。在大多數(shù)情況下，這是整流MOSFET的終端電容。