旁路电容和耦合电容:以正确的方式稳定电压

电子产品开发期间经常需要用到旁路电容。图1所示为一个开关稳压器,可以从高电压产生低电压。在这种类型的电路中,旁路电容(CBYP) 尤为重要。它必须支持输入路径上的开关电流,使得电源电压足够稳定,能够支持设备运行。

图1ADP2441 开关稳压器,输入端具有旁路电容CBYP

因为降压转换器中的输入电容是这种拓扑结构的关键路径(热回路)的一部分,所以CBYP 的连接必须保证尽可能少的寄生电感。因此,这个元件的安装位置至关重要。图2左侧显示的是不太好的布局。连接到旁路电容的走线细。流入电压转换器的电流也不是直接从旁路电容流入。旁路电容只是微微接触主电路。这会增加电容产生的寄生电感,并降低此元件的作用。建议采用图2右侧所示布局,旁路电容的效率非常高。连接本身只会产生非常少量的寄生电感。从图中还可以看出,变换器(例如开关稳压器)的引脚分配会对电路板的布局产生影响。从图2右侧可以看到,VIN和GND引脚之间的距离很近,比左侧不太好的布局的距离更近。如此,旁路电容和集成电路之间的回路区域会更小。

图2. 以不利方式连接的旁路电容(左侧)和以有利方式连接的旁路电容(右侧)。

因为旁路电容的连接应该保证尽可能少地产生寄生电感,所以建议将旁路电容和开关稳压器放在电路板的同一侧。但是,在某些应用中,正面的开关稳压器只能在电路板底部与旁路电容 解耦。在没有足够空间容纳较大的解耦电容时即是如此。在这种情况下,会采用通孔来连接电容。遗憾的是,通孔会产生几个纳亨的寄生电感。为了让这种连接的阻抗达到最低,人们提出了多种连接建议,具体如图3所示。

图3. 当旁路电容与通孔连接时,有多种连接选项。

版本A并不是非常有利。在这个选项中,通孔和旁路电容之间采用细线路连接。根据电路板另一侧支持路径运行的位置,这种布局安排也可能导致寄生电感增加。在版本B中,通孔的位置更靠近旁路电容,所以这个连接比较有利。此外,两个通孔是并行使用。这可以降低整个连接的总电感。版本C更加有利,其中连接的回路区域非常小,所以只会产生极少量的寄生电感。但是,因为旁路电容非常小,且制造工艺的成本很低,所以无法或不能在组件下方做出通孔。

版本D提供了一个非常有趣的连接。根据特定的陶瓷旁路电容的设计方式,横向连接至电路板产生的寄生电感可能最少。

这些元件要实现高效率,旁路电容位于电路板上的位置就至关重要。也就是,采用寄生电感可能最低的连接,这点非常重要。合适的连接应该使用电路所在的电路板同一侧,具体如图2所示。在某些特殊情况下,可能需要将旁路电容连接在电路板背面,在这种情况下,应该选择图3的B、C和D版本所示的寄生电感可能最低的连接。

作者

Frederik Dostal

Frederik Dostal

Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根-纽伦堡大学微电子学专业。他于2001年开始工作,涉足电源管理业务,曾担任多种应用工程师职位,并在亚利桑那州凤凰城工作了4年,负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司,现担任位于德国慕尼黑的ADI公司的电源管理现场应用工程师。