DC/DC 电感下方是否要铺铜

DC/DC 电感下方到底是否铺铜

1.问题描述

对DC/DC 电源的电感底部是否应该铺铜这个问题，工程师们常常意见分歧。一种观点认为，在电感下方铺铜会在接地面上产生涡流；涡流会影响功率电感的电感量并增加系统损耗，而接地面噪声会影响其他高速信号。另一种观点则认为，完整的铜平面可以降低 EMI 并改善散热。

本文将首先介绍电感的分类，然后进行一个电感下方铺铜的实验。最后，我们将解释铺设铜层的益处，然后再对 DC/DC 电源下方铺铜是否有益这个问题做出结论。

2.电感的分类

在解决铺铜争论之前，我们首先需要了解电感通常是如何分类的。简而言之，电感可分为三类：

2.1非屏蔽电感

非屏蔽电感的磁路由核心由空气组成，这意味着它的磁力线完全暴露在空气中，没有任何磁屏蔽。

2.2半屏蔽电感

半屏蔽电感是在非屏蔽电感的基础之上，将磁屏蔽材料结合在电感外围。由于导磁材料的磁阻小，磁力线基本上被锁定在材料中。只有一小部分磁场会从气隙中溢出。因此，这种电感的外部漏磁极小。

2.3一体成型电感

一体成型电感将绕组和磁性材料一次浇筑而成，只在内部留下一个很小的气隙以防止电感饱和。因此，这类电感在很大程度上没有磁力线溢出。

如下图 1 总结了这三种类型的电感。

图 1 电感的分类

3.实验验证

实验中，我们用 MPS 某款buck芯片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 2）。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 2：使用 MPS 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。

4.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 3）。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3: 涡旋效应抵消了高频磁场

5.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。

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