在電路板上具有戰(zhàn)略意義的位置靈活部署轉(zhuǎn)換器的能力也很重要 —— 以大電流負(fù)載點(diǎn)(POL)模塊為例,處于鄰近負(fù)載的最佳位置可降低導(dǎo)通壓降并改善負(fù)載瞬態(tài)性能。
請(qǐng)細(xì)看圖2中外形微縮的降壓型轉(zhuǎn)換器的功率級(jí)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(shè)計(jì)、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(dǎo)體場效應(yīng)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2:25A同步降壓型轉(zhuǎn)換器pcb布局和實(shí)施方案
本設(shè)計(jì)的主要原則是實(shí)現(xiàn)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(dá)到高功率密度,通常的做法是增加開關(guān)頻率。相比之下,您可通過具有戰(zhàn)略意義的組件選擇來實(shí)現(xiàn)小型化,同時(shí)保持300kHz的較低開關(guān)頻率,旨在減少M(fèi)OSFET開關(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(shè)計(jì)的基本組件。
表1:POL模塊組件、封裝大小和推薦的焊盤尺寸
高密度pcb設(shè)計(jì)的價(jià)值主張
顯然,pcb是一個(gè)設(shè)計(jì)中的重要(有時(shí)是最昂貴的)組件。為高密度dcdc轉(zhuǎn)換器精心策劃并認(rèn)真實(shí)施的pcb布局的價(jià)值主張?jiān)谟冢?/p>
在空間受限型設(shè)計(jì)(縮減的解決方案體積和占位面積)中實(shí)現(xiàn)更多的功能。
減小開關(guān)環(huán)路的寄生電感,有助于:
減少功率MOSFET電壓應(yīng)力(開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓尖峰)和鳴響。
降低開關(guān)損耗。
額外的容限可確保在輸入軌瞬態(tài)電壓干擾中安然無恙(特別是在寬VIN范圍的應(yīng)用里)。
增加可靠性和穩(wěn)健性(降低組件溫度)。
通過縮小pcb、減少濾波組件并去除緩沖器來節(jié)約成本。
與眾不同的設(shè)計(jì)可提供競爭優(yōu)勢、贏得客戶關(guān)注并增加收入。
公平地說,pcb布局可決定一個(gè)開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器最終實(shí)現(xiàn)的性能。當(dāng)然,不必花無數(shù)個(gè)小時(shí)為EMI、噪聲、信號(hào)完整性以及與較差布局相關(guān)的其它問題進(jìn)行調(diào)試,這會(huì)讓設(shè)計(jì)人員感到非常高興。
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原文標(biāo)題:【干貨】DC/DC轉(zhuǎn)換器的高密度印刷電路板設(shè)計(jì)(2)
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