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DC/DC转换器的高密度印刷电路板布局

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qbwww|  楼主 | 2020-12-24 20:05 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  专用于电源管理的印刷电路板(PCB)面积对系统设计人员而言是极大的约束。降低转换损耗是一项基本要求,以便能在PCB基板面有限的空间受约束型应用中实现紧凑的方案。

  在电路板上具有战略意义的位置灵活部署转换器的能力也很重要 —— 以大电流负载点(POL)模块为例,处于邻近负载的最佳位置可降低导通压降并改善负载瞬态性能。

  请细看图1中外形微缩的降压型转换器的功率级布局。作为一个嵌入式POL模块实施方案,它采用了一个全陶瓷电容器设计、一个高效屏蔽式电感器、若干垂直堆叠的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、一个电压模式控制器以及一个具有2盎司覆铜的六层PCB。
  
  图1:25A同步降压型转换器PCB布局和实施方案

  本设计的主要原则是实现高功率密度和低材料清单(BOM)成本。它总共占用的PCB面积为2.2cm2(0.34in2),每单位面积产生的有效电流密度为11.3A/cm2(75A/in2)。3.3V输出时每单位体积的功率密度为57W/in2(930W/in3)。

  为达到高功率密度,通常的做法是增加开关频率。相比之下,您可通过具有战略意义的组件选择来实现小型化,同时保持300kHz的较低开关频率,旨在减少MOSFET开关损耗和电感器磁芯损耗等与频率成比例的损失。表1列出了本设计的基本组件。
  
  表1:POL模块组件、封装大小和推荐的焊盘尺寸

  高密度PCB设计的价值主张

  显然,PCB是一个设计中的重要(有时是最昂贵的)组件。为高密度DC/DC转换器精心策划并认真实施的PCB布局的价值主张在于:

  ●在空间受限型设计(缩减的解决方案体积和占位面积)中实现更多的功能。

  ●减小开关环路的寄生电感,有助于:

  ●减少功率MOSFET电压应力(开关节点电压尖峰)和鸣响。

  ●降低开关损耗。

  ●减少电磁干扰(EMI)、磁场耦合和输出噪声信号。

  ●额外的容限可确保在输入轨瞬态电压干扰中安然无恙(特别是在宽VIN范围的应用里)。

  ●增加可靠性和稳健性(降低组件温度)。

  ●通过缩小PCB、减少滤波组件并去除缓冲器来节约成本。

  ●与众不同的设计可提供竞争优势、赢得客户关注并增加收入。

  公平地说,PCB布局可决定一个开关功率转换器最终实现的性能。当然,不必花无数个小时为EMI、噪声、信号完整性以及与较差布局相关的其它问题进行调试,这会让设计人员感到非常高兴。

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