如何减小PCB设计中的功率纹波

在35岁左右的时候，我仍然是跆拳道的劲敌。直到一个回旋踢摔倒，差点把我打昏。我恢复过来了，但意识到年龄已经使我的感觉迟钝了，因为我应该看到那一脚来了。

在PCB设计中，你可能会遭受到最意想不到的组件的致命打击。开关电源设计上的一个疏忽会使整个电路因电网的波纹而瘫痪。当未被检测到时，功率纹波会导致严重的信号完整性问题。

功率脉动的原因

功率纹波是一种由电力驱动引起的现象电源的开关特性．它通常发生在开关模式电源中，其中电感和电容引入由开关频率引起的噪声。开关频率所产生的功率波纹往往在低频发生共振。

然而，低频功率波动并不是PCB设计者的唯一关注点。高频功率波纹或振铃也可通过开关电源引入开关电源的输出电感的寄生电容．铃响发生在开关电源的通断转换过程中，通过沿纹波的尖峰来识别。

功率纹波如何影响电子电路

船只在轻柔的波浪中巡航是没有问题的。然而，对于依赖清洁电源的电子电路来说，情况就不一样了。无论是低频还是高频，功率波动都可能对电路的功能有害。

电压迹线中出现的波纹可能导致相邻电路的串扰。电源线上的高频振铃将被耦合到集成电路上的信号引脚上。虽然大多数集成电路可以容忍一定数量的噪声，但高频噪声超出了电源抑制比。

当开关模式噪声和振铃开始耦合成信号时，输入读数的准确性将受到影响。通信信号加上功率波动，会受到信号完整性问题的影响。电力波动不仅仅是一种烦恼。这是一个严重的问题，可以破坏电子电路。

在SMPS设计中，功率纹波是不可避免的。

如何减小PCB设计中的功率纹波

除非你设计的是线性电源，否则你将不得不处理功率波动。为了减少功率波纹的影响，你必须减少初始峰值的振幅和随后的波纹。

这里有一些方便的技巧，可以帮助您解决设计中的功率波动问题。

1.缓冲电路

由电阻和电容组成的缓冲器电路可以放置在开关电源中低侧MOSFET的开关节点上，以减少振铃。这两个RC组合的功能作为阻尼器，吸收释放的能量时，MOSFET改变状态。使用缓冲器电路有助于减少振铃产生的电磁干扰。

2.启动电阻

引导电阻限制铃响噪声的初始分支。它被放置在高侧MOSFET的栅极上，与自举电容串联。当在设计中加入引导电阻时，MOSFET的充电时间增加，以抑制初始峰值。你要谨慎对待启动电阻的值，因为流过的电流过小会影响开关电源的性能。

通过限制MOSFET的充电电流可以最小化纹波。

3.引线电容

您可能会想到，使用电容来平滑纹波是一个好主意。但典型的电容器只能帮助过滤低频噪声。为了减少高频波纹，使用馈通电容是一个更好的选择。馈通电容有三个端子，在高频时产生更好的插入损耗。

当然，最重要的是，通过大量的最新模型参数库，信任一个可靠的仿真工具来精确建模电源和功率纹波，将大大提高设计一个不受功率纹波影响的电路的几率。

通常，所有上述方法被同时使用，以提供最佳性能的开关电源。作为PCB设计师，您希望在不影响电源效率的情况下最小化功率纹波。

使用一个PCB设计软件先进的分析工具有助于准确地检测和缓解电力波动问题。无论是考虑电压需求，缓解寄生，还是为板设计确定热分析，PSpice模拟都可以考虑到整个设计过程。OrCAD PSpice软件允许您模拟电源原理图，以便及早发现潜在的问题。

如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．