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如何做好非隔离式开关电源的PCB布局

来源:来源: 电源网 | 作者:Prothe | 发布时间: 474天前 | 2244 次浏览 | 分享到:
对于任何电路设计,PCB布局尤为关键,因为好的布局可以避免EMI等各种问题。在开关电源中也存在同样的问题,电源设计者如何在良好的PCB设计中做好PCB布局尤为关键。

  对于去耦电容,正负极过孔应尽量互相靠近,以减少PCB的ESL.这对低ESL电容尤其有效。小容值低ESR的电容通常较贵,不正确的焊盘形式及不良走线都会降低它们的性能,从而增加整体成本。通常情况下,合理的焊盘形式能降低PCB噪声,减小热阻,并最大限度降低走线阻抗以及大电流元件的压降。

  大电流功率元件布局时有一个常见的误区,那就是不正确地采用了热风焊盘(thermal relief),如图8a(略)所示。非必要情况下使用热风焊盘,会增加功率元件之间的互连阻抗,从而造成较大的功率损耗,降低小ESR电容的去耦效果。如果在布局时用过孔来传导大电流,要确保它们有充足的数量,以减少阻抗。此外,不要对这些过孔使用热风焊盘。

  图9(略)是有多个板上电源的应用,这些电源共享相同的输入电压轨。当这些电源互相不同步时,就需要将输入电流走线隔离开来,以避免不同电源之间耦合公共阻抗噪声。每个电源拥有一个本地的输入去耦电容倒是不太关键。

  对于一只PolyPhase单输出转换器,为每个相做一个对称布局有助于热应力的均衡。

  布局设计实例

  图10(略)是一个设计实例,它是一个3.5V~14V,最大输出1.2V/40A的双相同步降压转换器, 使用了LTC3855 PolyPhase电流模式步进降压控制器。在开始PCB布局前,一个好的习惯是在逻辑图上用不同颜色特别标示出大电流走线、高噪声的高dv/dt走线,以及敏感的小信号走线。这种图将有助于PCB设计者区分开各种走线。

  图11(略)是这个1.2V/40A电源的功率元件层上的功率级布局例子。图中,QT是高侧控制MOSFET,QB是低侧同步FET.可选择增加QB的接地面积,以获得更多的输出电流。在功率元件层的下方,放了一个实心的电源地层。

  控制电路布局

  使控制电路远离高噪声的开关铜箔区。对降压转换器,好的办法是将控制电路置于靠近VOUT+端,而对升压转换器,控制电路则要靠近VIN+端,让功率走线承载连续电流。

  如果空间允许,控制IC与功率MOSFET及电感(它们都是高噪声高热量元件)之间要有小的距离(0.5英寸~1英寸)。如果空间紧张,被迫将控制器置于靠近功率MOSFET与电感的位置,则要特别注意用地层或接地走线,将控制电路与功率元件隔离开来。

  图12(略)是LTC3855电源的较好的隔离地方案,IC有外露的GND焊盘,应焊到PCB上,以尽量减少电气阻抗与热阻。几只关键去耦电容应紧挨着IC引脚。

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