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DCDC基础:PCB布局及注意事项

高工
2023-04-15 10:07:54     打赏

在DCDC电源电路中,PCB的布局对电路功能的实现和良好的各项指标来说都十分重要。本文以buck电路为例,简单分析一下如何进行合理PCB layout布局以及设计中的注意事项。如有问题,欢迎指正。

首先,以最简单的BUCK电路拓扑为例,下图(1-a)和(1-b)中分别标明了在上管开通和关断时刻电流的走向,即功率回路部分。这部分电路负责给用户负载供电,承受的功率较大。

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结合图(1-c)中Q1和Q2的电流波形,不难发现,由于电感的存在,后半部分电路中不会存在一个较高的电流变化趋势,只有在两个开关管的部分会出现高电流转换速率。在PCB布线时需要特别注意,尽可能减小这一快速变化的环节的面积,来减少对其他部分的干扰。随着集成工艺的进步,目前大部分电源芯片都将上下管集成到了芯片的内部。

了解了高电流转换速率部分后,让我们回到整个功率回路布局来看。以MPS的非常受欢迎的MPQ8633A(B)系列产品为例,这是一款完全集成的高频同步降压转换器可以实现高达12-20A的输出电流,其原理图如下,其功率回路(绿色标注)中包含输入电容,电感以及输出电容等器件。

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功率回路也需要做到尽可能地占用较小的环路面积,来减少噪声的image.png以及回路上的寄生参数。推荐的PCB布局如图(3)所示。注意点如下:

  • 输入电容就近放在芯片的输入Vin 和功率地PGND ,减少寄生电感的存在,因为输入电流不连续,寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响。VIN 的管脚旁边至少各有1 个去耦电容 ,用来滤除来自电源输入端的交流噪声和来自芯片内部(倒灌)的电源噪声,同时也为芯片储能。且电容需要紧挨管脚,两者的间距需要小于40mil 。

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  • 功率回路尽可能的短粗,保持较小的环路面积 ,减少噪声的****。

  • SW 点是噪声源,保证电流的同时保持尽量小的面积 ,远离敏感的易受干扰的位置,例如FB 等。

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铺铜面积和过孔数量会影响到PCB 的通流能力和散热。 由于PCB的载流能力与PCB板材、板厚、导线宽厚度以及温升相关,较为复杂,可以通过IPC-2152标准来进行准确的查找和计算。一般,对于MPQ8633A(B)的PCB来说,需要在VIN(至少打6个过孔)和PGND(至少打9个过孔)处多打过孔,这两处的铺铜应最大化来减小寄生阻抗。SW处的铺铜也需要加宽,以免出现限流的情况,导致工作异常。

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讨论完功率回路部分,转眼看芯片逻辑电路部分,这部分的PCB布局也是有所讲究的。

image.png

结合图(3)和(4)可总结注意点如下:

将BST 电容放置在尽可能靠近BST 和SW 的位置 ,使用20mil 或更宽 来布线路径。

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FB 电阻连接到FB 管脚尽可能短, 减少噪声的耦合。这是芯片最敏感,最容易受干扰的部分,是引起系统不稳定的十分常见原因。需要将其远离噪声源,例如:SW点,电感,二极管等(在非同步buck中,MPQ8633外围无二极管)。如图,RFF、CFF、RFB1、RFB2都尽量靠近芯片摆放。

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VCC 电容应就近放置在芯片的VCC 管脚和芯片的信号地之间,尽量在一层,没有过孔 。对于信号地(AGND)和功率地(PGND)在一个管脚的芯片,同样就近和该管脚连接。

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AGND和PGND需要进行单点连接

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将SS 电容靠近TRK/REF 至RGND 。

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将SENSE电容置于输出SENSE线之间,平行走线

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PCB layout 中走线和铺铜都尽量避免90 °直角 ,走45°或者圆弧角,特别是在高频信号传输线部分。避免由传输线宽带来的反射和传输信号的失真。

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最后,为了方便大家了解自己画的PCB是否合理,可以参考以下简易表格做一个自评:

image.png

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转贴自网络



高工
2023-04-15 12:54:12     打赏
2楼

谢谢分享


高工
2023-04-15 13:14:54     打赏
3楼

感谢楼主的分享,很实用了。


专家
2023-04-16 00:17:06     打赏
4楼

感谢


高工
2023-04-16 09:09:13     打赏
5楼

谢谢分享



专家
2023-04-17 06:40:09     打赏
6楼

感谢分享


专家
2024-02-09 05:55:54     打赏
7楼

谢谢分享


专家
2024-02-09 07:36:08     打赏
8楼

谢谢分享


院士
2024-02-09 08:54:03     打赏
9楼

谢谢楼主的分享~!


专家
2024-02-09 09:30:25     打赏
10楼

感谢楼主的分享


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