在DCDC電源電路中,PCB的布局對電路功能的實現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。
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。
結合圖(1-c)中Q1和Q2的電流波形,不難發現,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,只有在兩個開關管的部分會出現高電流轉換速率。在PCB布線時需要特別注意,盡可能減小這一快速變化的環節的面積,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部。
功率回路也需要做到盡可能地占用較小的環路面積,來減少噪聲的發射以及回路上的寄生參數。推薦的PCB布局如上圖所示。需要注意點如下:
①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,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。
②功率回路盡可能的短粗,保持較小的環路面積,減少噪聲的發射。
③SW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。
④鋪銅面積和過孔數量會影響到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,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,以免出現限流的情況,導致工作異常。
相關設計可以參考以下簡易表格:
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審核編輯黃宇
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