DC/DC轉換器高密度PCB板布局（第二部分）
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
正如筆者在第1部分中所提，專(zhuān)用于電源管理的印刷電路板(PCB)面積對系統設計人員而言是極大的約束。降低轉換損耗是一項基本要求，以便能在PCB基板面有限的空間受約束型應用中實(shí)現緊湊的方案。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201808/384940.htm在電路板上具有戰略意義的位置靈活部署轉換器的能力也很重要 —— 以大電流負載點(diǎn)(POL)模塊為例，處于鄰近負載的最佳位置可降低導通壓降并改善負載瞬態(tài)性能。
請細看圖1中外形微縮的降壓型轉換器的功率級布局。作為一個(gè)嵌入式POL模塊實(shí)施方案，它采用了一個(gè)全陶瓷電容器設計、一個(gè)高效屏蔽式電感器、若干垂直堆疊的金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)、一個(gè)電壓模式控制器以及一個(gè)具有2盎司覆銅的六層PCB。
圖1：25A同步降壓型轉換器PCB布局和實(shí)施方案
本設計的主要原則是實(shí)現高功率密度和低材料清單(BOM)成本。它總共占用的PCB面積為2.2cm2(0.34in2)，每單位面積產(chǎn)生的有效電流密度為11.3A/cm2(75A/in2)。3.3V輸出時(shí)每單位體積的功率密度為57W/in2(930W/in3)。
為達到高功率密度，通常的做法是增加開(kāi)關(guān)頻率。相比之下，您可通過(guò)具有戰略意義的組件選擇來(lái)實(shí)現小型化，同時(shí)保持300kHz的較低開(kāi)關(guān)頻率，旨在減少MOSFET開(kāi)關(guān)損耗和電感器磁芯損耗等與頻率成比例的損失。表1列出了本設計的基本組件。
動(dòng)力傳動(dòng)系部件
封裝和外形(mm)
推薦的焊盤(pán)圖案外部尺寸(mm)
CSD86350Q5D NexFETÔ電源塊
5.0 x 6.0 x 1.5 (SON5x6)
5.15 x 6.24
LM27402 3V-20V脈寬調變(PWM)控制器
4.0 x 4.0 x 0.8 (WQFN-16)
4.2 x 4.2
0.68µH、1.6mΩ、33A濾波器電感器
11.5 x 10.3 x 4.0
4.1 x 13.6
22μF輸入和47μF輸出X5R電容器
2.0 x 1.25 x 1.35 (0805)
2.2 x 1.3
終端連接
2.0 x 3.0
2.0 x 3.0(在主機板上)
表1：POL模塊組件、封裝大小和推薦的焊盤(pán)尺寸
高密度PCB設計的價(jià)值主張
顯然，PCB是一個(gè)設計中的重要(有時(shí)是最昂貴的)組件。為高密度DC/DC轉換器精心策劃并認真實(shí)施的PCB布局的價(jià)值主張在于：
在空間受限型設計(縮減的解決方案體積和占位面積)中實(shí)現更多的功能。
減小開(kāi)關(guān)環(huán)路的寄生電感，有助于：
減少功率MOSFET電壓應力(開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓尖峰)和鳴響。
降低開(kāi)關(guān)損耗。
減少電磁干擾(EMI)、磁場(chǎng)耦合和輸出噪聲信號。
額外的容限可確保在輸入軌瞬態(tài)電壓干擾中安然無(wú)恙(特別是在寬VIN范圍的應用里)。
增加可靠性和穩健性(降低組件溫度)。
通過(guò)縮小PCB、減少濾波組件并去除緩沖器來(lái)節約成本。
與眾不同的設計可提供競爭優(yōu)勢、贏(yíng)得客戶(hù)關(guān)注并增加收入。
公平地說(shuō)，PCB布局可決定一個(gè)開(kāi)關(guān)功率轉換器最終實(shí)現的性能。當然，不必花無(wú)數個(gè)小時(shí)為EMI、噪聲、信號完整性以及與較差布局相關(guān)的其它問(wèn)題進(jìn)行調試，這會(huì )讓設計人員感到非常高興。
其它資源：
在EDN上閱讀《DC/DC轉換器PCB布局》的第1部分、第2部分和第3部分。
觀(guān)看有關(guān)高密度降壓型轉換器解決方案顯著(zhù)特點(diǎn)的視頻。
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