DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器PCB布局有什么技巧

在實現(xiàn)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器時，電路布局與設(shè)計同樣重要。布局不良可能會嚴重降低設(shè)計。

本文將介紹一些最佳布局實踐。

良好電路布局的目標

以下是一些良好布局的目標。

• 控制
• 降低電路不同部分之間的干擾
• 減小電路面積
• 有效熱管理
• 改善電壓調(diào)節(jié)和電路效率
• 避免額外的“創(chuàng)可貼”電路如緩沖器
• 增強穩(wěn)定性

注意： Don對這些關(guān)鍵路徑使用自動布線 - 手動布線和設(shè)計。

電源轉(zhuǎn)換器電路中的電流回路

電源轉(zhuǎn)換器電路產(chǎn)生大電流，在不同的相位，在兩個主回路中循環(huán)：關(guān)閉狀態(tài)和開啟狀態(tài)-state，取決于MOSFET開關(guān)的狀態(tài)（見圖1）。

圖1（a）：通態(tài)電流環(huán); 1（b）關(guān)閉狀態(tài)環(huán)。點擊放大。

這些循環(huán)的3D幾何非常重要。根據(jù)安培定律，在物理環(huán)路中運行的電流將形成與電流和環(huán)路面積成比例的磁場。根據(jù)法拉第定律，該場可以與其他電路環(huán)路耦合，在更高頻率處具有更多耦合，從而導(dǎo)致有害串擾。

因此，一般的思維方式應(yīng)該是最小化這些循環(huán)的封閉區(qū)域。一種直接的方法是使返回路徑盡可能與出站路徑共線。

想象一個環(huán)形天線壓扁到垂直線 - 它將不再是天線。這就是我們將導(dǎo)線絞合在一起以消除耦合噪聲的原因。

返回路徑

請注意，如果給定無限接地平面，返回電流將自然傾向于直接集中在出站電流之下（見圖2）。我們應(yīng)該從自然界中獲取這一提示并提供自然的返回路徑;否則，將引入一個環(huán)路并輻射。

所需的結(jié)果電路板將出站并返回以有序的已知路徑運行的電流。

圖2：自然返回電流路徑

通常，電路有多個地平面：模擬，數(shù)字和例如，權(quán)力。雖然多年來傳統(tǒng)觀念已有所不同，但如果提供這些自然回路，我們就不需要劃分地平面。實際上，如果計劃外的返回電流必須繞過很長的路徑，分區(qū)會使事情變得更糟。

除了智能分區(qū)之外的自然電流路徑可能是最好的解決方案。

快速火災(zāi)最佳實踐

當然，關(guān)鍵考慮因素是電源軌進入或源自電路板的位置。如果這些考慮因素在設(shè)計師的控制之下，那么應(yīng)該選擇那些以促進良好的布局。請注意，同樣的環(huán)路原理也應(yīng)該應(yīng)用于MOSFET柵極驅(qū)動器，因為它也具有大的尖峰電流。

為進一步控制輻射發(fā)射，“20H規(guī)則”規(guī)定，對于間距為H的層，我們將所有跡線保持在距離電路板邊緣至少20H的位置。通常需要使用電源過孔將電源路徑推送到其他層以獲得緊湊的布局 - 您只需像電源路徑中的任何其他元件一樣管理這些過孔的效果。電感，電阻和過孔總數(shù)都會影響路徑性能。

敏感控制電路需要干凈的接地。如果我們通過控制器共享的返回路徑發(fā)送大的脈沖功率返回電流，將產(chǎn)生電壓尖峰，這將擾亂控制器的接地，將噪聲注入控制電路，這是非常不希望的。我們使用星形接地來避免這種情況（參見圖3） - 保持返回路徑不共享和分離。

圖3 ：星形接地

在繞過IC的電源電壓時，始終給出首先接近高頻分量的優(yōu)先級。避免過孔并直接連接到IC引腳。

考慮IC制造商的示例布局，如評估板，作為指導(dǎo)。但是，請記住，電路板可能具有不同的疊加和設(shè)計目標來自您的 - 例如，實現(xiàn)最佳的熱性能而不利于其他參數(shù)。

對于電源走線，寬度，長度和厚度必須設(shè)計為限制電壓降和走線電感。在今天的低輸出電壓下，電壓降比以往任何時候都重要。

我們需要引導(dǎo)我們的另一個主要法則是電容耦合 - 兩個板（電路節(jié)點）彼此接近將耦合與板面積和它們之間的距離成比例，在更高頻率下具有更多耦合和更高的接收節(jié)點阻抗。

例如，通過將檢測引腳連接到輸出來實現(xiàn)電壓反饋，此信號應(yīng)遠離開關(guān)節(jié)點和電感等噪聲源。檢測引腳節(jié)點為高阻抗，因此更容易受到電容耦合的影響 - 保持它盡可能小并與噪聲源隔離。干擾DC平面也可以減少耦合。

具有高 dv/dt 瞬態(tài)的節(jié)點，如開關(guān)節(jié)點，需要保持小型和隔離，同時仍保持足夠的電流容量，所以它們不會成為噪音源。

如果一個電源軌有多個負載點，就會有一個必要的檢測點放置妥協(xié) - 你可以優(yōu)先考慮一個負載或集中放置。如果感應(yīng)信號是差分的，那很好，但它應(yīng)該像傳輸線一樣布線。在IC附近放置任何感應(yīng)電路電阻。

電路板應(yīng)該有多少層？更多的層意味著更多的布線空間，更多的電源和接地層可以提供屏蔽，但也有更多的過孔和更多的成本。對于現(xiàn)代轉(zhuǎn)換器IC，您應(yīng)該至少有四層。此外，層數(shù)通常不受電源設(shè)計者的控制，由其他考慮因素決定。通常，您擁有的圖層越少，獲得有效布局所需的創(chuàng)意就越多。

散熱考慮因素

布局也受到驅(qū)動通過熱考慮，最明顯的是IC和MOSFET的導(dǎo)熱墊，大部分熱量通過導(dǎo)熱板傳導(dǎo)到電路板然后輻射到空氣中。需要考慮導(dǎo)熱墊的尺寸和層數(shù)，過孔數(shù)，最大環(huán)境溫度和可用氣流。最終，MOSFET可能需要外部散熱器。數(shù)據(jù)表至少有一個熱量示例可用于指導(dǎo)您的散熱設(shè)計。

此外，請務(wù)必了解是否電氣連接IC焊盤 - 數(shù)據(jù)表中并未總是指定。如果你有空間，一個很好的技巧是將焊盤延伸到頂層IC的邊緣之外，為你提供一個加熱它的位置，使IC更容易提升。

花在良好布局上的時間將足以彌補對布局不當?shù)碾娐愤M行故障排除所花費的時間，而且更加愉快。