本帖最后由 IFX新闻官 于 2025-1-9 18:37 编辑
高压（HV）氮化镓（GaN）晶体管的快速开关能力给PCB的布局带来了挑战。本文通过解释几个重要概念，帮助用户了解PCB的布局挑战，也将探讨帮助用户优化布局、实现最佳的整体电气性能和热性能的策略。
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自从40多年前，第一款开关电源问世以来，PCB的布局就一直是电力电子设计中不可或缺的一环。无论采用哪种晶体管技术，我们必须理解和管理PCB布局产生的寄生阻抗，确保电路正确、可靠地运行，而且不会引起不必要的电磁干扰（EMI）。
尽管现代的宽禁带功率半导体不像早期的硅技术那样，存在严重的反向恢复问题，但其较快的开关转换，会导致其换向dv/dt和di/dt比前代硅技术更加极端。应用说明对PCB布局提供的建议通常是“尽量减小寄生电感”，但实现这一点的最佳方法并不总是清晰明确。此外，并非所有导电路径都需要有尽可能低的电感：例如，与电感器的互连——显然该路径中已经存在电感。
当然，尽可能降低所有互连电感，并同时消除PCB上的所有节点到节点的电容是不可能的。因此，成功的PCB布局的关键在于，理解在开关电子器件中，哪些地方的阻抗是真正重要的，以及如何减轻这种不可避免的阻抗带来的不良后果。
另一个复杂因素是，PCB布局不仅涉及电气互连的优化，通常还需要热路径，后者与电气优化的目标相冲突。即使是像散热片这样的机械结构，在应用于PCB并仅用薄薄的热界面材料（TIM）隔开时，也会表现得像PCB组件的附加电气平面，并与电路的开关节点相互作用。
文章结构 ▴ 本应用说明将从解释基本原理开始：开关转换期间到底发生了什么，我们看到的瞬态电压和电流的因果关系是什么，以及电流到底流向何处。当我们思考电流的流向时，我们往往忘记考虑返回路径，而这一点非常重要。另一个重要概念是，如何看待电感：电感通常被视为回路中各个电感元件的累加——但并不一定全都相加：根据源电流和返回电流之间的几何关系，互感可能会改变极性，从而导致相减，而非相加。介绍回路电感、部分电感和互感的概念，将有助于我们解释和理解这种相互作用。
▴ 接下来，我们将介绍不同的功率级布局选项，以及每种选项的利弊权衡。这部分的总体目标是，了解尽可能减小电源回路电感的最佳方法。对于垂直安装在PCB上的传统通孔晶体管，晶体管封装的电感独立于PCB，这是因为它们成直角。对于SMT封装，封装电感本身与返回路径的布线方式有关，因此有很多布局选项和替代方案，来提高整体性能。
▴ 由于电源回路的设计涵盖了热路径和电气路径优化，因此本文介绍了顶部散热与底部散热晶体管封装的选项和权衡。
▴ 最后，本文解释了栅极驱动电路的设计、布局和布线，及其“隐藏”的电流路径。
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