DCDC電源PCB布局及注意事項
發(fā)布時間:2024-04-02作者:admin點擊:261
在DCDC電源電路中,PCB的布局對電路功能的實現(xiàn)和良好的各項指標來說都十分重要。本文以buck電路為例,簡單分析一下如何進行合理PCB
layout布局以及設計中的注意事項。
首先,以最簡單的BUCK電路拓撲為例,下圖(1-a)和(1-b)中分別標明了在上管開通和關(guān)斷時刻電流的走向,即功率回路部分。這部分電路負責給用戶負載供電,承受的功率較大。
結(jié)合圖(1-c)中Q1和Q2的電流波形,不難發(fā)現(xiàn),由于電感的存在,后半部分電路中不會存在一個較高的電流變化趨勢,只有在兩個開關(guān)管的部分會出現(xiàn)高電流轉(zhuǎn)換速率。在PCB布線時需要特別注意,盡可能減小這一快速變化的環(huán)節(jié)的面積,來減少對其他部分的干擾。隨著集成工藝的進步,目前大部分電源芯片都將上下管集成到了芯片的內(nèi)部。
了解了高電流轉(zhuǎn)換速率部分后,讓我們回到整個功率回路布局來看。以MPS的非常受歡迎的MPQ8633A(B)系列產(chǎn)品為例,這是一款完全集成的高頻同步降壓轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)高達12-20A的輸出電流,其原理圖如下,其功率回路(綠色標注)中包含輸入電容,電感以及輸出電容等器件。
功率回路也需要做到盡可能地占用較小的環(huán)路面積,來減少噪聲的發(fā)射以及回路上的寄生參數(shù)。推薦的PCB布局如圖(3)所示。注意點如下:
輸入電容就近放在芯片的輸入Vin 和功率地PGND ,減少寄生電感的存在,因為輸入電流不連續(xù),寄生電感引起的噪聲對芯片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響。VIN 的管腳旁邊至少各有1 個去耦電容 ,用來濾除來自電源輸入端的交流噪聲和來自芯片內(nèi)部(倒灌)的電源噪聲,同時也為芯片儲能。且電容需要緊挨管腳,兩者的間距需要小于40mil 。
功率回路盡可能的短粗,保持較小的環(huán)路面積 ,減少噪聲的發(fā)射。
SW 點是噪聲源,保證電流的同時保持盡量小的面積 ,遠離敏感的易受干擾的位置,例如FB等。
鋪銅面積和過孔數(shù)量會影響到PCB 的通流能力和散熱。由于PCB的載流能力與PCB板材、板厚、導線寬厚度以及溫升相關(guān),較為復雜,可以通過IPC-2152標準來進行準確的查找和計算。一般,對于MPQ8633A(B)的PCB來說,需要在VIN(至少打6個過孔)和PGND(至少打9個過孔)處多打過孔,這兩處的鋪銅應最大化來減小寄生阻抗。SW處的鋪銅也需要加寬,以免出現(xiàn)限流的情況,導致工作異常。
討論完功率回路部分,轉(zhuǎn)眼看芯片邏輯電路部分,這部分的PCB布局也是有所講究的。
結(jié)合圖(3)和(4)可總結(jié)注意點如下:
1.將BST 電容放置在盡可能靠近BST 和SW 的位置,使用20mil 或更寬來布線路徑。
2.FB 電阻連接到FB 管腳盡可能短, 減少噪聲的耦合。這是芯片最敏感,最容易受干擾的部分,是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的十分常見原因。需要將其遠離噪聲源,例如:SW點,電感,二極管等(在非同步buck中,MPQ8633外圍無二極管)。如圖,RFF、CFF、RFB1、RFB2都盡量靠近芯片擺放。
3.VCC 電容應就近放置在芯片的VCC 管腳和芯片的信號地之間,盡量在一層,沒有過孔 。對于信號地(AGND)和功率地(PGND)在一個管腳的芯片,同樣就近和該管腳連接。
4.AGND和PGND需要進行單點連接。
5.將SS電容靠近TRK/REF至RGND。
6.將SENSE電容置于輸出SENSE線之間,平行走線。
7.PCB layout 中走線和鋪銅都盡量避免90 °直角,走45°或者圓弧角,特別是在高頻信號傳輸線部分。避免由傳輸線寬帶來的反射和傳輸信號的失真。
最后,為了方便大家了解自己畫的PCB是否合理,可以參考以下簡易表格做一個自評:
以上表格適用于簡單的buck、boost電路的PCB設計,多用單層或者雙層板即可。僅供參考,歡迎補充。
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