【电感活动第一站】电感知识大考(1):在DC/DC电源下方铺铜是否有益?

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今天的考题是: 在DC/DC 电源下方铺铜是否有益?

对DC/DC 电源的电感底部是否应该铺铜这个问题,工程师们常常存在意见分歧。
今天,我们将通过一个电感下方铺铜的实验,接着给大家解释铺铜的益处,最后再对 DC/DC 电源下方铺铜是否有益这个问题做出结论 :wink:

接下来让我们开始讨论吧~

采用MPQ4420 进行铺铜实验
现在,我们用 MPQ4420 评估板来进行一个实验。为了模拟在电感下方铺设铜层,我们在电感附近放置一块接地铜片,然后测量电感电流纹波,用以评估在电感下方铺铜的影响。

实验结果表明,当铜片靠近非屏蔽电感放置时,峰值电感电流增加了约 8%(见图 1)。当使用其他类型电感时,电感电流的峰峰值几乎保持不变。


图 1:使用 MPQ4420 评估板进行验证实验

这个实验证明,在电感底部铺铜,仅对非屏蔽电感的感量有少量影响,对屏蔽电感感量则几乎没有影响。

在电感下方铺铜的益处
当在电感底部铺铜时,电感或者其他高频回路产生的磁场会在铺铜处产生涡流,涡流的作用会使得原磁力线被削弱,这就像电磁屏蔽罩一般,可以“阻断磁场向下传播减小高频磁场对空间内其他元器件的影响,从而有利于EMI的测试。(参见图 2)。如果我们将EMI滤波元件及接插件于背面放置,则能进一步优化EMI的性能。


图2: 涡旋效应抵消了高频磁场

MPS电感

结论

根据以上讨论,我们建议在EMI 测试中对电感铺铜,因为它可以改善 EMI 性能。从电感感量的角度,对于屏蔽型电感,电感感量基本没有影响,因此也建议铺铜;仅对于工字型电感,铺铜对电感感量有少许影响,工程师可以视情况而定。

工程师朋友们如何看待这个问题呢?欢迎加入我们的投票并说出自己的观点和理由,大胆说出你的想法!

在DC/DC 电源下方铺铜是否有益?
  • 铺铜更好
  • 不铺铜更好
  • 视情况而定
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看来这个很好嗯

  • 铺铜更好

视情况而定,具体需求具体分析,正如上文所述对于工字型电感,铺铜对电感量也是有影响的

对于非屏蔽电感,将未放铜片和放置铜片后电感电流波形图对照可能展示效果更好

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文中数据结论:对于非屏蔽电感,在下方铺铜导致的涡流效益会降低电感感量。那么在铺铜前应该通过计算下方的铜皮面积,稍微选择大一点的电感吧

个人感觉铺铜更好一些,工字型电感有影响但是问题不大,毕竟现在大部分都是屏蔽型电感

铺铜更好,不仅改善EMI还有散热也有提升,
听师傅讲上避免孤岛和改善整体的EMI,对别人的干扰也小了。
但是反过来,好像铺了铜能接收信号的能力也增强了,感觉是那种接收卫星信号的天线锅了。
而且好像铺铜之后,同样带负载会有功耗增加,涡流消耗的吗?还是为何???

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在EMI 测试中对电感铺铜,因为它可以改善 EMI 性能。从电感感量的角度,对于屏蔽型电感,电感感量基本没有影响,因此也建议铺铜;仅对于工字型电感,铺铜对电感感量有少许影响,工程师可以视情况而定。

一般情况下,无论对散热还是EMI,铺铜都有好处。

对于一体成型屏蔽电感可以铺铜,漏感小,对其影响小。非屏蔽电感减小这种铺铜应用。对于布线,不要在TOP层电感下方布线。如果内层隔了GND层,视情况而定吧。

设计移动电源按芯片原厂的建议电感下方避空,每款产品过认证,做RE测试都非常勉强,很多时候还要加RC吸收。后面发现有一款产品电感下方有地线包裹,辐射比其它产品好太多,对之前老的产品进行包地修改,发现效果非常明显,后面的设计都是这样设计,认证基本再也没去调试。

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对于EMI 性能及电感感量有少许影响两方面相比较,还是EMI 性能更重要些,对于损失的少量电感容量,可以通过使用屏蔽等方式挥着预留相应电感容量解决,而EMI方面的问题解决起来会相对复杂。

在EMI 测试中对电感铺铜,因为它可以改善 EMI 性能。从电感感量的角度,对于屏蔽型电感,电感感量基本没有影响,因此也建议铺铜;仅对于工字型电感,铺铜对电感感量有少许影响,工程师可以视情况而定。真是不错的学习knowledge!

请问电感下方铺铜指的是哪个网络铺铜?

通常建议是GND网络。

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铺铜更好点,设计时候尽量少用工字型电感就好!

我一般会铺铜,就像楼上说的,有利于EMI改善和散热。电感会有影响,但是影响较小,总体来说,铺铜的优势是大于劣势的

谢谢您的回答,同时也可以选择屏蔽电感,这样对于感量的影响也可以降到最低。

我们默认都会在DCDC电源下面铺铜. 原因有几点

  1. 我们现在用的电感基本都是半屏蔽电感或者一体成型电感了, 下面铺铜基本不影响电感值, 而对EMI有很大改善.
  2. DCDC电源发热量也不容忽视, 下面铺铜有助于散热.
  3. 对于敏感信号, 开关电源的噪声影响可能会比一般预计的强. 之前的项目经验, L1放DCDC, L2 GND层, L3层在DCDC switching node 电感下方走的敏感线就遇到了干扰造成工作异常, 所以下方铺铜, 甚至隔两层铜之后再走敏感信号会比较稳妥.
  4. 工程实践中, 开关电源的开关频率可能在后期会因为改善电源质量, 避免干扰某些频段等原因而改变, 特别是变高. 所以为了避免在最后一版PCB gerber后才发现开关频率变高后影响到SI/EMI, 在最开始就应该尽量做好, 即一开始就铺好地.
  5. 开关电源会在下面的GND铜皮上造成涡流, 理论上会弄脏地平面, 但实际上还没遇到过周边共地元件因此受影响的.
  6. 对于非屏蔽的工字电感, 下面铺铜会造成实际电感值降低, 这个影响不好估计, 如果选用标称值偏大的电感, 那么体积, DCR, 成本等都会上升. 所以对电感值的精确度要求比较高的, 避免选用工字电感.
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