DC-DC降压转换器PCB布局有什么技巧

在实现DC-DC降压转换器时，电路布局与设计同样重要。布局不良可能会严重降低设计。

本文将介绍一些最佳布局实践。

良好电路布局的目标

以下是一些良好布局的目标。

• 控制
• 降低电路不同部分之间的干扰
• 减小电路面积
• 有效热管理
• 改善电压调节和电路效率
• 避免额外的“创可贴”电路如缓冲器
• 增强稳定性

注意： Don对这些关键路径使用自动布线 - 手动布线和设计。

电源转换器电路中的电流回路

电源转换器电路产生大电流，在不同的相位，在两个主回路中循环：关闭状态和开启状态-state，取决于MOSFET开关的状态（见图1）。

图1（a）：通态电流环; 1（b）关闭状态环。点击放大。

这些循环的3D几何非常重要。根据安培定律，在物理环路中运行的电流将形成与电流和环路面积成比例的磁场。根据法拉第定律，该场可以与其他电路环路耦合，在更高频率处具有更多耦合，从而导致有害串扰。

因此，一般的思维方式应该是最小化这些循环的封闭区域。一种直接的方法是使返回路径尽可能与出站路径共线。

想象一个环形天线压扁到垂直线 - 它将不再是天线。这就是我们将导线绞合在一起以消除耦合噪声的原因。

返回路径

请注意，如果给定无限接地平面，返回电流将自然倾向于直接集中在出站电流之下（见图2）。我们应该从自然界中获取这一提示并提供自然的返回路径;否则，将引入一个环路并辐射。

所需的结果电路板将出站并返回以有序的已知路径运行的电流。

图2：自然返回电流路径

通常，电路有多个地平面：模拟，数字和例如，权力。虽然多年来传统观念已有所不同，但如果提供这些自然回路，我们就不需要划分地平面。实际上，如果计划外的返回电流必须绕过很长的路径，分区会使事情变得更糟。

除了智能分区之外的自然电流路径可能是最好的解决方案。

快速火灾最佳实践

当然，关键考虑因素是电源轨进入或源自电路板的位置。如果这些考虑因素在设计师的控制之下，那么应该选择那些以促进良好的布局。请注意，同样的环路原理也应该应用于MOSFET栅极驱动器，因为它也具有大的尖峰电流。

为进一步控制辐射发射，“20H规则”规定，对于间距为H的层，我们将所有迹线保持在距离电路板边缘至少20H的位置。通常需要使用电源过孔将电源路径推送到其他层以获得紧凑的布局 - 您只需像电源路径中的任何其他元件一样管理这些过孔的效果。电感，电阻和过孔总数都会影响路径性能。

敏感控制电路需要干净的接地。如果我们通过控制器共享的返回路径发送大的脉冲功率返回电流，将产生电压尖峰，这将扰乱控制器的接地，将噪声注入控制电路，这是非常不希望的。我们使用星形接地来避免这种情况（参见图3） - 保持返回路径不共享和分离。

图3 ：星形接地

在绕过IC的电源电压时，始终给出首先接近高频分量的优先级。避免过孔并直接连接到IC引脚。

考虑IC制造商的示例布局，如评估板，作为指导。但是，请记住，电路板可能具有不同的叠加和设计目标来自您的 - 例如，实现最佳的热性能而不利于其他参数。

对于电源走线，宽度，长度和厚度必须设计为限制电压降和走线电感。在今天的低输出电压下，电压降比以往任何时候都重要。

我们需要引导我们的另一个主要法则是电容耦合 - 两个板（电路节点）彼此接近将耦合与板面积和它们之间的距离成比例，在更高频率下具有更多耦合和更高的接收节点阻抗。

例如，通过将检测引脚连接到输出来实现电压反馈，此信号应远离开关节点和电感等噪声源。检测引脚节点为高阻抗，因此更容易受到电容耦合的影响 - 保持它尽可能小并与噪声源隔离。干扰DC平面也可以减少耦合。

具有高 dv/dt 瞬态的节点，如开关节点，需要保持小型和隔离，同时仍保持足够的电流容量，所以它们不会成为噪音源。

如果一个电源轨有多个负载点，就会有一个必要的检测点放置妥协 - 你可以优先考虑一个负载或集中放置。如果感应信号是差分的，那很好，但它应该像传输线一样布线。在IC附近放置任何感应电路电阻。

电路板应该有多少层？更多的层意味着更多的布线空间，更多的电源和接地层可以提供屏蔽，但也有更多的过孔和更多的成本。对于现代转换器IC，您应该至少有四层。此外，层数通常不受电源设计者的控制，由其他考虑因素决定。通常，您拥有的图层越少，获得有效布局所需的创意就越多。

散热考虑因素

布局也受到驱动通过热考虑，最明显的是IC和MOSFET的导热垫，大部分热量通过导热板传导到电路板然后辐射到空气中。需要考虑导热垫的尺寸和层数，过孔数，最大环境温度和可用气流。最终，MOSFET可能需要外部散热器。数据表至少有一个热量示例可用于指导您的散热设计。

此外，请务必了解是否电气连接IC焊盘 - 数据表中并未总是指定。如果你有空间，一个很好的技巧是将焊盘延伸到顶层IC的边缘之外，为你提供一个加热它的位置，使IC更容易提升。

花在良好布局上的时间将足以弥补对布局不当的电路进行故障排除所花费的时间，而且更加愉快。