本文由ADI代理商骏龙科技工程师通过介绍理想电路和实际电路仿真，回顾开关波形，检查 PCB 布局，并使用理想的仿真模型，以确认当稳压器的开关频率较高时可使用的电子元件。

01、设置电感和输出电容器常数

DC/DC 转换器的开关频率通常在 300~500KHz 之间，但逐渐流行开关频率为 1~2MHz 的产品，有些可达到 4MHz 或更高。高频 DC/DC 转换器能够减小输出电容和电感的尺寸以节省电路板空间，这是小型便携类产品的基本功能，但它们却很难在较高的开关频率下达到更低的电压。

这次我们将使用 ADI LTspice 创建一个理想电路并验证其工作。如下图 (图1) 所示，使用电路构建输入电压为 6(V)、输出电压为 12(V)、负载电流为 10(A) 的升压转换器。使用该理想电路时，观察当开关频率为 2MHz 和 400KHz 时，计算并比较所用电感和输出电容的常数值变化幅度，之后可以检查当电路随计算常数移动时是否能够获得相同的特性。

图1 升压转换器电路

02、选择电感器

在计算电感值前需要先计算 Duty 比，可参考使用下图 (图2) 所示公式。其中 Vo 为输出电压，VIN 为输入电压，VD 为二极管正向电压。

图2 Duty 比计算公式

接下来计算开关频率为 2MHz 的电感 (L1) 和开关频率为 400KHz 的电感 (L2)。计算公式如下图 (图3) 所示，其中 ΔIL 为负载电流的 40%。当开关频率为 2MHz 时，电感值约为 1/5，电感器的匝数减少。由此可见，高开关频率的优点是可以选择电感外形较小的元件。

图3 电感计算公式

03、选择输出电容

随后使用下图 (图4) 所示公式，计算输出电容值，这里的 ESR 指的是输出电容的 ESR，而输出电容由可接受的输出纹波值决定。 

图4  输出纹波电压计算公式

这次我们将模拟理想状态下升压转换器的电路，将 ESR 为零的公式展开，可得出求输出电容公式，如下图 (图5) 所示：

图5 输出电容电容计算公式

根据公式计算了开关频率为 2MHz(Cout1) 的输出电容和400KHz(Cout2) 的输出电容，Cout1=18μF，Cout2=92μF，因此开关频率越高，电容越小。接下来可以通过仿真来检查计算出的电感器和输出电容器是否可以获得所需的输出电压。

04、使用 LTspice 进行操作检查

接下来通过 LTspice 验证使用上图 (图1) 中理想升压转换器电路中计算的电感和输出电容、在 2MHz 和 400KHz 的开关频率下是否可获得 12V 输出以及纹波电压是否相同。

图6 开关频率为 2MHz 和 4MHz 的升压稳压器电路

如下图 (图7) 所示为输出电压仿真，其中红色 (Vout1) 为开关频率为 2MHz 的结果，在 12V 输出电压下纹波约为 149mV，蓝色 (Vout2) 为开关频率为 400KHz 的结果，在 11.95V 输出电压下纹波约为 145mV。从这些结果可以看出，所选的电感器和输出电容器没有问题，并且在具有高开关频率的稳压器的情况下，可以选择附近使用的电感器和电容器等小元件。

图7  输出电压波形图

但是需要检查如下图 (图8) 所示的各种电流波形，蓝色电感电流具有低压摆率的特点，易于利用输入电容进行滤波。可以看出流过红色开关的电流和流过绿色输出电容的电流是具有快速压摆率的 PWM 电流波形，这种快速压摆率电流的 PCB 布局必须是经过仔细设计的。此次出于仿真目的，我们对 2MHz 和 400KHz 使用相同的压摆率进行仿真，但是在真实设备上，400MHz 的压摆率可能会比 2KHz 时更快。

图8 各种电流波形

05、总结

本文通过仿真实验，说明当处理稳压器开关频率越高，稳压器中使用的相互作用器和电容器的尺寸就越小。然而高开关频率也伴随着挑战，例如开关损耗增加、高开关节点压摆率和高电流压摆率，也很难找到合适的  MOSFET。MOSFET 必须具有足够低的导通电阻，以最大限度地降低导通损耗并实现快速开关。PCB 上元件的放置和布线应考虑 PCB 的寄生电感，敏感节点不应允许噪声传播。

摘要

本文详细说明在设计混合信号PCB的布局时应考虑的内容。本文将涉及元件放置、电路板分层和接地平面方面的考量。本文讨论的准则为混合信号板的布局设计提供了一种实用方法，对所有背景的工程师应当都能有所帮助。

简介

混合信号PCB设计要求对模拟和数字电路有基本的了解，以最大程度地减少（如果不能防止的话）信号干扰。构成现代系统的元件既有在数字域运行的元件，又有在模拟域运行的元件，必须精心设计以确保整个系统的信号完整性。

作为混合信号开发过程的重要组成部分，PCB布局可能令人生畏，而元件放置仅仅是开始。还有其他因素必须考虑，包括电路板各层以及如何适当管理这些层，以最大程度地减少寄生电容（PCB的平面间层之间可能会意外产生此类电容）引起的干扰。

接地也是混合信号系统的PCB布局设计中的一个重要步骤。尽管接地是行业中经常争论的一个话题，但对于工程师来说，制定一套标准化方法不一定是最简单的任务。例如，高质量接地的某个单一问题可能会影响高性能混合信号PCB设计的整个布局。因此，不应忽略此方面。

元件放置

与建造房屋类似，放置电路元件之前必须创建系统的平面规划图。此步骤将奠定系统设计的整体完整性，并应有助于避免高噪声信号干扰。

在制定平面图时，建议遵循原理图的信号路径，尤其是对于高速电路。元件的位置也是设计的关键方面。设计人员应能识别重要的功能模块、信号以及模块之间的连接，从而确定各元件在系统中的最佳位置。例如，连接器最好放置在板的边缘，而辅助元件（如去耦电容和晶振）必须尽可能靠近混合信号器件放置。

模拟和数字模块分离

为了尽量减少模拟和数字信号的共同返回路径，可以考虑模拟和数字模块分离，以使模拟信号不会与数字信号混合。

图1.模拟和数字电路分离

图1显示了模拟和数字电路分离的一个很好的例子。分割模拟和数字部分时应注意以下事项：

►建议将敏感的模拟元件（如放大器和基准电压源）放置在模拟平面内。类似地，高噪声的数字元件（如逻辑控制和时序模块）必须放在另一侧/数字平面上。

►如果系统包含一个具有低数字电流的混合信号模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)，则对此的处理方式可以与模拟平面中包含的模拟元件相似。

►对于具有多个高电流ADC和DAC的设计，建议将模拟和数字电源分开。也就是说，AV_CC必须与模拟部分绑定，而DV_DD应连接到数字部分。

►微处理器和微控制器可能会占用空间并产生热量。这些器件必须放置在电路板的中心以便更好地散热，同时应靠近与其相关的电路模块。

电源模块

电源是电路的重要组成部分，应妥善处理。根据经验，电源模块必须与电路的其余部分隔离，同时仍应靠近其供电的元件。

复杂系统中的器件可能有多个电源引脚，在这种情况下，模拟部分和数字部分可以分别使用专用电源模块，以避免高噪声数字干扰。

另一方面，电源布线应短而直，并使用宽走线以减小电感和避免限流。

去耦技术

电源抑制比(PSRR)是设计人员在实现系统目标性能时必须考虑的重要参数之一。PSRR衡量器件对电源变化的灵敏度，最终将决定器件的性能。

为了保持最佳PSRR，有必要防止高频能量进入器件。为此，可以利用电解电容和陶瓷电容的组合将器件电源适当去耦到低阻抗接地平面。

适当去耦的目的是为电路运行创造一个低噪声环境。基本规则是通过提供最短路径来使电流轻松返回。

设计人员务必注意关于每个器件的高频滤波建议。更重要的是，该清单将用作指南，提供一般去耦技术及其正确的实施方案：

►电解电容充当瞬态电流的电荷储存器，以最大程度地降低电源上的低频噪声，而低电感陶瓷电容用于降低高频噪声。另外，铁氧体磁珠是可选的，但会增加高频噪声隔离和去耦。

►去耦电容必须尽可能靠近器件的电源引脚放置。这些电容应通过过孔或短走线连接到低阻抗接地平面的较大区域，以最大程度地减少附加串联电感。

►较小电容（通常为0.01μF至0.1μF）应尽可能靠近器件的电源引脚放置。当器件同时有多个输出切换时，这种布置可防止运行不稳定。电解电容（通常为10μF至100μF）距离器件的电源引脚应不超过1英寸。

►为使实施更轻松，可以利用器件GND引脚附近的过孔通过T型连接将去耦电容连接到接地平面，而不是创建走线。示例参见图2。

图2.电源引脚的去耦技术

电路板层

一旦完成元件放置和平面规划图，我们就可以看看电路板设计的另一个方面——通常称之为电路板层。强烈建议先考虑电路板层，再进行PCB布线，因为这将确定系统设计的允许回流路径。

电路板层指电路板中铜层的垂直布置。这些层应管理整个电路板的电流和信号。

图3.4层PCB示例

图3显示了电路板各层的视觉表示。表1详细说明了一个典型4层PCB的设置：

表1.典型4层PCB

通常，高性能数据收集系统应有四层或更多层。顶层通常用于数字/模拟信号，而底层用于辅助信号。第二层（接地层）充当阻抗控制信号的参考平面，用于减少IR压降并屏蔽顶层中的数字信号。最后，电源平面位于第三层。

电源和接地平面必须彼此相邻，因为它们提供了额外的平面间电容，有助于电源的高频去耦。

对于接地层，这些年来针对混合信号设计的建议已改变。多年来，将接地平面分为模拟和数字两部分是有道理的，但是对于现代的混合信号器件，建议采用一种新方法。适当的平面规划和信号分离应能防止高噪声信号的相关问题。

接地平面：分离还是不分离？

接地是混合信号PCB布局设计中的一个重要步骤。典型4层PCB至少须有一层专门用于接地平面，以确保返回信号通过低阻抗路径返回。所有集成电路接地引脚应路由并直接连接到低阻抗接地平面，从而将串联电感和电阻降至最低。

对于混合信号系统，分离模拟和数字接地已成为一种标准接地方法。但是，具有低数字电流的混合信号器件最好通过单一接地进行管理。更进一步，设计人员必须根据混合信号电流需求考虑哪种接地做法最合适。设计人员须考虑两种接地做法。

单一接地平面

对于具有单个低数字电流ADC或DAC的混合信号系统，单一实接地平面会是最佳方法。要理解单一接地层的重要性，我们需要回顾返回电流。返回电流是指返回接地以及器件之间的走线以形成一个完整环路的电流。为了防止混合信号干扰，必须跟踪整个PCB布局中的每条返回路径。

图4.采用实接地平面的系统的返回电流

图4中的简单电路显示了单一实接地平面相对于分离接地平面的优势。信号电流具有大小相等但方向相反的返回电流。该返回电流在接地平面中流回源，它将沿着阻抗最小的路径流动。

对于低频信号，返回电流将沿着电阻最小的路径流动，通常是器件接地基准点之间的直线。但对于较高频率信号，返回电流的一部分会尝试沿着信号路径返回。这是因为沿此路径的阻抗较低，流出和返回的电流之间形成的环路最小。

模拟地和数字地分离

对于难以采用实接地方案的复杂系统，分离接地可能更合适。分离接地平面是另一种常用方法，接地平面一分为二：模拟接地平面和数字接地平面。这适用于具有多个混合信号器件并消耗高数字电流的更复杂系统。图5显示了采用分离接地平面的系统示例。

图5.采用分离接地平面的系统的返回电流

对于采用分离接地平面的系统，实现整体接地的最简单解决方案是消除接地平面的中断，并允许返回电流采取更直接的路线，通过星形接地交界处流回。星形接地是混合信号布局设计中模拟和数字接地平面连接在一起的交界处。

在常见系统中，星形接地可以与模拟和数字接地平面之间的简单狭窄连续交界相关。对于更复杂的设计，星形接地通常用跳线分流到接地接头来实现。星形接地中没有电流流动，因此不需要承载高电流的接头和跳线分流器。星形接地的主要作用是确保两个接地具有相同的基准电平。

设计人员务必检查每个器件的数据手册中提供的接地建议，确保符合接地要求并避免与接地有关的问题。另一方面，具有AGND和DGND引脚的混合信号器件可以与各自的接地平面相连，因为星形接地也会在一点上连接两种接地。这样，所有高噪声数字电流都会流过数字电源，一直流到数字接地平面，并回到数字电源，同时与敏感的模拟电路隔离。AGND和DGND平面的隔离必须在多层PCB的所有层上实现。

其他常见接地做法

可以采用下面的步骤或检查清单来确保在混合信号/数字系统中实施了适当的接地方案：

►星形接地点的连接应由较宽的铜走线构成。

►检查接地平面有无窄走线，这些连接是不合需要的。

►提供焊盘和过孔很有用，以便在必要时可以连接模拟和数字接地平面。

结论

混合信号应用的PCB布局可能很有挑战性。创建元件平面规划图只是起点。当努力实现混合信号系统布局的最佳性能时，正确管理电路板层和制定适当的接地方案也是系统设计人员必须考虑的关键点之一。制定元件平面规划图将有助于奠定系统设计的整体完整性。适当地组织电路板层将有助于管理整个电路板的电流和信号。最后，选择最有利的接地方案将会改善系统性能，并防止与高噪声信号和返回电流相关的问题发生。

致谢

本文介绍的内容是基于许多人的贡献整理而成的，包括Eric Carty、Genesis Garcia、Giovanni Aguirri、Brendan Somers、Stuart Servis、Leandro Peje、Mar Christian Lacida和Yoworex Tiu。

参考资料

Walt Kester。数据转换手册。ADI公司，2005年。

John Ardizzoni。“高速印刷电路板布局实用指南”。《模拟对话》，第39卷第9期，2005年9月。

Ralph Morrison。接地和屏蔽技术。John Wiley & Sons, Inc.，1998年。

Thomas O’Shea。“应用笔记AN-1349：最大程度减小ADM2582E/ADM2587E RS-485/RS-422收发器辐射的PCB实施指南”。ADI公司，2018年8月。

 “指南MT-101：去耦技术”。ADI公司，2009年。

线性电路设计手册。ADI公司，2008年。

Paul Brokaw。“应用笔记AN-342：高速、高精度处理模拟信号”。ADI公司。

Walt Kester、James Bryant和Mike Byrne。“指南MT-031：实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”。ADI公司，2009年。

Paul Brokaw和Jeff Barrow。“应用笔记AN-345：低频和高频电路的接地；了解接地和信号路径以支持高效设计；电流沿着阻抗最小——而不仅是电阻最小——的路径流动”。ADI公司。

Doug Grant和Scott Wurce。“应用笔记AN-348：避免无源元件陷阱；如果选错无源元件，再好的运算放大器或数据转换器也可能会表现不佳；需要注意的一些基本陷阱”。ADI公司。

关于ADI公司

本文详细说明在设计混合信号PCB的布局时应考虑的内容。本文将涉及元件放置、电路板分层和接地平面方面的考量。本文讨论的准则为混合信号板的布局设计提供了一种实用方法，对所有背景的工程师应当都能有所帮助。

混合信号PCB设计要求对模拟和数字电路有基本的了解，以最大程度地减少（如果不能防止的话）信号干扰。构成现代系统的元件既有在数字域运行的元件，又有在模拟域运行的元件，必须精心设计以确保整个系统的信号完整性。

作为混合信号开发过程的重要组成部分，PCB布局可能令人生畏，而元件放置仅仅是开始。还有其他因素必须考虑，包括电路板各层以及如何适当管理这些层，以最大程度地减少寄生电容 （PCB的平面间层之间可能会意外产生此类电容）引起的干扰。

接地也是混合信号系统的PCB布局设计中的一个重要步骤。尽管接地是行业中经常争论的一个话题，但对于工程师来说，制定一套标准化方法不一定是最简单的任务。例如，高质量接地的某个单一问题可能会影响高性能混合信号PCB设计的整个布局。因此，不应忽略此方面。

元件放置

与建造房屋类似，放置电路元件之前必须创建系统的平面规划图。此步骤将奠定系统设计的整体完整性，并应有助于避免高噪声信号干扰。

在制定平面图时，建议遵循原理图的信号路径，尤其是对于高速电路。元件的位置也是设计的关键方面。设计人员应能识别重要的功能模块、信号以及模块之间的连接，从而确定各元件在系统中的最佳位置。例如，连接器最好放置在板的边缘，而辅助元件（如去耦电容和晶振）必须尽可能靠近混合信号器件放置。

模拟和数字模块分离

为了尽量减少模拟和数字信号的共同返回路径，可以考虑模拟和数字模块分离，以使模拟信号不会与数字信号混合。

图1显示了模拟和数字电路分离的一个很好的例子。分割模拟和数字部分时应注意以下事项：

• 建议将敏感的模拟元件（如放大器和基准电压源）放置在模拟平面内。类似地，高噪声的数字元件（如逻辑控制和时序模块）必须放在另一侧/数字平面上。

• 如果系统包含一个具有低数字电流的混合信号模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)，则对此的处理方式可以与模拟平面中包含的模拟元件相似。

• 对于具有多个高电流ADC和DAC的设计，建议将模拟和数字电源分开。也就是说， AVCC 必须与模拟部分绑定，而DVDD应连接到数字部分。

• 微处理器和微控制器可能会占用空间并产生热量。这些器件必须放置在电路板的中心以便更好地散热，同时应靠近与其相关的电路模块。

电源模块

电源是电路的重要组成部分，应妥善处理。根据经验，电源模块必须与电路的其余部分隔离，同时仍应靠近其供电的元件。

复杂系统中的器件可能有多个电源引脚，在这种情况下，模拟部分和数字部分可以分别使用专用电源模块，以避免高噪声数字干扰。

另一方面，电源布线应短而直，并使用宽走线以减小电感和避免限流。

去耦技术

电源抑制比(PSRR)是设计人员在实现系统目标性能时必须考虑的重要参数之一。PSRR衡量器件对电源变化的灵敏度，最终将决定器件的性能。

为了保持最佳PSRR，有必要防止高频能量进入器件。为此，可以利用电解电容和陶瓷电容的组合将器件电源适当去耦到低阻抗接地平面。

适当去耦的目的是为电路运行创造一个低噪声环境。基本规则是通过提供最短路径来使电流轻松返回。

设计人员务必注意关于每个器件的高频滤波建议。更重要的是，该清单将用作指南，提供一般去耦技术及其正确的实施方案：

• 电解电容充当瞬态电流的电荷储存器，以最大程度地降低电源上的低频噪声，而低电感陶瓷电容用于降低高频噪声。另外，铁氧体磁珠是可选的，但会增加高频噪声隔离和去耦。

• 去耦电容必须尽可能靠近器件的电源引脚放置。这些电容应通过过孔或短走线连接到低阻抗接地平面的较大区域，以最大程度地减少附加串联电感。

• 较小电容（通常为0.01μF至0.1μF）应尽可能靠近器件的电源引脚放置。当器件同时有多个输出切换时，这种布置可防止运行不稳定。电解电容（通常为10μF至100μF）距离器件的电源 引脚应不超过1英寸。

• 为使实施更轻松，可以利用器件GND引脚附近的过孔通过T型连接将去耦电容连接到接地平面，而不是创建走线。示例参见图2。

电路板层

一旦完成元件放置和平面规划图，我们就可以看看电路板设计的另一个方面——通常称之为电路板层。强烈建议先考虑电路板层，再进行PCB布线，因为这将确定系统设计的允许回流路径。

电路板层指电路板中铜层的垂直布置。这些层应管理整个电路板的电流和信号。

图3显示了电路板各层的视觉表示。表1详细说明了一个典型4层PCB的设置：

通常，高性能数据收集系统应有四层或更多层。顶层通常用于数字/模拟信号，而底层用于辅助信号。第二层（接地层）充当阻抗控制信号的参考平面，用于减少IR压降并屏蔽顶层中的数字信号。最后，电源平面位于第三层。

电源和接地平面必须彼此相邻，因为它们提供了额外的平面间电容，有助于电源的高频去耦。

对于接地层，这些年来针对混合信号设计的建议已改变。多年来，将接地平面分为模拟和数字两部分是有道理的，但是对于现代的混合信号器件，建议采用一种新方法。适当的平面规划和信号分离应能防止高噪声信号的相关问题。

接地平面：分离还是不分离？

接地是混合信号PCB布局设计中的一个重要步骤。典型4层PCB至少须有一层专门用于接地平面，以确保返回信号通过低阻抗路径返回。所有集成电路接地引脚应路由并直接连接到低阻抗接地平面，从而将串联电感和电阻降至最低。

对于混合信号系统，分离模拟和数字接地已成为一种标准接地方法。但是，具有低数字电流的混合信号器件最好通过单一接地进行管理。更进一步，设计人员必须根据混合信号电流需求考虑哪种接地做法最合适。设计人员须考虑两种接地做法。

单一接地平面

对于具有单个低数字电流ADC或DAC的混合信号系统，单一实接地平面会是最佳方法。要理解单一接地层的重要性，我们需要回顾返回电流。返回电流是指返回接地以及器件之间的走线以形成一个完整环路的电流。为了防止混合信号干扰，必须跟踪整个PCB布局中的每条返回路径。

图4中的简单电路显示了单一实接地平面相对于分离接地平面的优势。信号电流具有大小相等但方向相反的返回电流。该返回电流在接地平面中流回源，它将沿着阻抗最小的路径流动。

对于低频信号，返回电流将沿着电阻最小的路径流动，通常是器件接地基准点之间的直线。但对于较高频率信号，返回电流的一部分会尝试沿着信号路径返回。这是因为沿此路径的阻抗较低，流出和返回的电流之间形成的环路最小。

模拟地和数字地分离

对于难以采用实接地方案的复杂系统，分离接地可能更合适。分离接地平面是另一种常用方法，接地平面一分为二：模拟接地平面和数字接地平面。这适用于具有多个混合信号器件并消耗高数字电流的更复杂系统。图5显示了采用分离接地平面的系统示例。

对于采用分离接地平面的系统，实现整体接地的最简单解决方案是消除接地平面的中断，并允许返回电流采取更直接的路线，通过星形接地交界处流回。星形接地是混合信号布局设计中模拟和数字接地平面连接在一起的交界处。

在常见系统中，星形接地可以与模拟和数字接地平面之间的简单狭窄连续交界相关。对于更复杂的设计，星形接地通常用跳线分流到接地接头来实现。星形接地中没有电流流动，因此不需要承载高电流的接头和跳线分流器。星形接地的主要作用是确保两个接地具有相同的基准电平。

设计人员务必检查每个器件的数据手册中提供的接地建议，确保符合接地要求并避免与接地有关的问题。另一方面，具有AGND和DGND引脚的混合信号器件可以与各自的接地平面相连因为星形接地也会在一点上连接两种接地。这样，所有高噪声数字电流都会流过数字电源，一直流到数字接地平面，并回到数字电源，同时与敏感的模拟电路隔离。AGND和DGND平面的隔离必须在多层PCB的所有层上实现。

其他常见接地做法

可以采用下面的步骤或检查清单来确保在混合信号/数字系统中实施了适当的接地方案：

• 星形接地点的连接应由较宽的铜走线构成。

• 检查接地平面有无窄走线，这些连接是不合需要的。

• 提供焊盘和过孔很有用，以便在必要时可以连接模拟和数字接地平面。

结论

混合信号应用的PCB布局可能很有挑战性。创建元件平面规划图只是起点。当努力实现混合信号系统布局的最佳性能时，正确管理电路板层和制定适当的接地方案也是系统设计人员必须考虑的关键点之一。制定元件平面规划图将有助于奠定系统设计的整体完整性。适当地组织电路板层将有助于管理整个电路板的电流和信号。最后，选择最有利的接地方案将会改善系统性能，并防止与高噪声信号和返回电流相关的问题发生。

作者简介

作者：Wchu1

翻译：陈子颖

英飞凌的1ED44173/5/6是新的低侧栅极驱动器IC，集成了过流保护（OCP）、故障状态输出和启用功能。这种高集成度驱动器对于采用升压拓扑结构并接参考地的PFC（数字控制功率因数校正）应用非常友好。

在PFC应用中，分流器被用来采样功率开关电流或直流母线电流。分流器的位置根据选择的控制方法而不同。例如，在图1例1中，分流器位于IGBT发射极和系统地之间，以便当控制器在交错PFC应用中实施峰值电流控制或电流平衡控制时，采样功率开关的电流。

相比之下，图1例2显示了位于系统地和直流母线负极之间的分流器，以便感应直流母线电流。这种配置常用于平均电流模式控制，数字控制器可以根据平均电流和直流母线电压反馈来计算输入功率。

家用空调中的应用

在当今带有数字控制PFC的家用空调（RAC）应用中，控制器使用功率反馈信号来实现自适应直流母线电压控制。这样，当使用较低的直流母线电压时，可以在轻负载时降低损耗，而当需要满负载时，则切换到全直流母线。

由于分流配置不同，英飞凌设计了两种不同类型的带OCP的低侧栅极驱动器：1ED44176N01F（图1，例1），以及1ED44173N01B和1ED44175N01B（图1，例2）。前者具有正电流感应满足例一分流配置，而后两者具有负电流感应满足例二分流配置。1ED44175N01B的目标是驱动IGBT，而1ED44173N01B则是驱动MOSFET。

在PFC这样的大电流、高速开关电路中，PCB布局始终是一个挑战。一个好的PCB布局可以确保器件运行条件和设计稳定性。不适当的元件或布局可能会导致开关不稳定、过高的电压振铃或电路闩锁。

栅极驱动IC的最佳PCB布局技巧

1、当在微控制器和栅极驱动器之间采用RC滤波电路时，输入端的布线要尽可能短（小于2-3厘米）。

2、EN/FLT输出是开漏输出，所以需要用上拉电阻将其拉到5V或3.3V的逻辑电源上。设计时，将RC滤波器放在靠近栅驱动器的地方。

3、为了防止过电流保护中的错误触发，OCP和地之间的RC滤波器接线应尽可能短。

4、尽可能将每个电容器安装在靠近栅极驱动器引脚的地方。

5、将微控制器的地线直接连接到COM引脚（1ED44173/5N01B）。

6、将栅极输出回路连接到COM，并将微控制器的接地引脚连接到VSS逻辑接地引脚（1ED44176N01F），这可以防止逻辑输入引脚与驱动器输出回路的噪声耦合。

让我们来看看正确的布局所能产生的效果。下面的例子显示了1ED44175N01B和TO-247 IGBT（例如IKW40N65WR5）的电路（图3）和布局实现（图4）的情况。通过这种设计，可以减少PCB的环路面积和电感。

如何减少PCB走线包围面积，以减小寄生电感

● 将1ED44175N01B放置在靠近IGBT栅极和发射极的地方

● 将去耦电容（C3）直接放在VCC和COM引脚上

● 将滤波电容（C1和C4）和故障清除时间编程电容（C2）放在靠近引脚的地方

● 将接地平面置于1ED44175N01B的正上方或正下方，这样可以减少走线电感

此外，连接到COM的接地平面有助于作为辐射噪声屏蔽层，并为器件耗散功率提供散热路径。遵循这些布局提示可以消除常见的噪声耦合问题，节省你的开发时间。

要了解更多关于1ED44173/5/6产品、其评估板和在线仿真的信息，请分别扫描下面各自产品的二维码进行访问。