正如笔者在第1部分中所提,专用于电源办理的印刷电路板(PCB)面积对体系规划人员而言是极大的束缚。下降转化损耗是一项根本要求,以便能在PCB基板面有限的空间受束缚型使用中完成紧凑的计划。
在电路板上具有战略意义的方位灵敏布置转化器的才能也很重要 —— 以大电流负载点(POL)模块为例,处于附近负载的最佳方位可下降导通压降并改进负载瞬态功用。
请细看图1中外形微缩的降压型转化器的功率级布局。作为一个嵌入式POL模块施行计划,它采用了一个全陶瓷电容器规划、一个高效屏蔽式电感器、若干笔直堆叠的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、一个电压形式控制器以及一个具有2盎司覆铜的六层PCB。
图1:25A同步降压型转化器PCB布局和施行计划
本规划的首要原则是完成高功率密度和低资料清单(BOM)本钱。它一共占用的PCB面积为2.2cm2(0.34in2),每单位面积发生的有用电流密度为11.3A/cm2(75A/in2)。3.3V输出时每单位体积的功率密度为57W/in2(930W/in3)。
为到达高功率密度,一般的做法是添加开关频率。相比之下,您可经过具有战略意义的组件挑选来完成小型化,一起坚持300kHz的较低开关频率,旨在削减MOSFET开关损耗和电感器磁芯损耗等与频率成份额的丢失。表1列出了本规划的根本组件。
动力传动系部件
封装和外形(mm)
引荐的焊盘图画外部尺度(mm)
CSD86350Q5D NexFETÔ电源块
5.0 x 6.0 x 1.5 (SON5x6)
5.15 x 6.24
LM27402 3V-20V脉宽调变(PWM)控制器
4.0 x 4.0 x 0.8 (WQFN-16)
4.2 x 4.2
0.68µH、1.6mΩ、33A滤波器电感器
11.5 x 10.3 x 4.0
4.1 x 13.6
22μF输入和47μF输出X5R电容器
2.0 x 1.25 x 1.35 (0805)
2.2 x 1.3
终端衔接
2.0 x 3.0
2.0 x 3.0(在主机板上)
表1:POL模块组件、封装巨细和引荐的焊盘尺度
高密度PCB规划的价值建议
明显,PCB是一个规划中的重要(有时是最贵重的)组件。为高密度DC/DC转化器精心策划并仔细施行的PCB布局的价值建议在于:
在空间受限型规划(减缩的解决计划体积和占位面积)中完成更多的功用。
减小开关环路的寄生电感,有助于:
削减功率MOSFET电压应力(开关节点电压尖峰)和鸣响。
下降开关损耗。
削减电磁搅扰(EMI)、磁场耦合和输出噪声信号。
额定的容限可保证在输入轨瞬态电压搅扰中安然无恙(特别是在宽VIN规模的使用里)。
添加可靠性和稳健性(下降组件温度)。
经过缩小PCB、削减滤波组件并去除缓冲器来节省本钱。
异乎寻常的规划可提供竞赛优势、赢得客户重视并添加收入。
公平地说,PCB布局可决定一个开关功率转化器终究完成的功用。当然,不用花无数个小时为EMI、噪声、信号完整性以及与较差布局相关的其它问题进行调试,这会让规划人员感到非常高兴。
其它资源:
在EDN上阅览《DC/DC转化器PCB布局》的第1部分、第2部分和第3部分。
观看有关高密度降压型转化器解决计划显著特点的视频。
检查来自PowerLab参阅规划库的这些高密度规划的原理图、布局和测试报告:
外型细巧的高效112W同步降压型TI Designs参阅规划。
企业开关使用里合适中央处理器(CPU)内核电源的高功率密度稳压器模块TI Designs参阅规划。
电感器置顶的高功率密度12Vin、100W同步DC/DC步降(降压)型转化器TI Designs参阅规划。
订货高密度LM27403EVM-POL600 30A 600kHz POL评价模块(EVM)。
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