DC/DC转化器的高密度印刷电路板(PCB)布局 —— 第1部分
在当今这个竞赛剧烈的年代，产品规划人员面对的应战是：不只要紧跟同行脚步，而且要坚持抢先群雄的位置。这就对那些欲凭仗差异化产品进行立异的体系规划人员提出了更高的要求。
立异的一种重要办法是运用高密度规划。为推出占位面积更小的解决方案，电源体系规划人员现在正会集研讨功率密度(一个功率转化器电路每单位面积或体积的输出功率)的问题。
高密度直流/直流(DC/DC)转化器印刷电路板(PCB)布局最引人瞩目的典范触及功率级组件的放置和布线。精心的布局可一起前进开关功能、下降组件温度并削减电磁搅扰(EMI)信号。请细看图1中的功率级布局和原理图。
图1：四开关降压-升压型转化器功率级布局和原理图
在笔者看来，这些都是规划高密度DC/DC转化器时所面对的应战：
组件技术。组件技术的前进是下降全体功耗的要害，尤其在较高的开关频率下对滤波器无源组件的尺度减小更是至关重要。例如，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)已见证了硅芯片和封装方面的共同发展，其中最值得注意的是采用了很少呈现寄生现象的氮化镓(GaN)功率器材。与此一起，磁性组件的功能也得到了独自进步，虽然其速度或许落后于功率半导体组件的功能进步速度。凭仗操控集成电路(IC)的慎重布局(集成式自适应栅极驱动器接近MOSFET)，在许多情况下无需再用功率耗散缓冲器或栅极电阻器组件进行开关节点电压转化速率的调整。
散热规划。虽然高密度布局一般有利于进步转化功率，但它或许会构成一个散热功能瓶颈。要在更小的占位空间内完结相同功耗的主意变得站不住脚。组件温度攀升会使较高的故障率和牢靠性问题更严峻。把外形较纤薄的功率MOSFET放置在PCB顶部(不会被电感器和电解电容器等较厚的组件遮盖气流)有助于经过对流气流前进散热功能。就图1中的转化器而言，电感器和电解电容器被特意放在了多层PCB的底部，由于假如置于顶部，它们会阻碍热传递。
抗EMI功能。EMI合规性是产品规划周期中的一个重要里程碑。高密度规划一般没有多少可用于EMI滤波的空间。但紧密的布局可改进辐射发射情况，并对传送进来的搅扰发生更强的抵挡才能。两个根本过程是：最大极限地削减载有大di/dt电流的环路面积(见图1中的白色电流途径)，并减缩具有高dv/dt电压的表面积(见图1中的覆铜多边形SW1和SW2)。
高密度PCB规划流程。明显，对电源体系规划人员来说，培育和磨炼自己的PCB规划技术非常重要。虽然布局的职责往往会托付给布局专家，但工程师仍承担着检查规划而且非正式同意它的终究职责。
考虑到这些应战，笔者最近为EDN撰写了一个具体深入探讨PCB布局、由三部分组成的系列，标题为《DC/DC转化器PCB布局》。它包含一系列PCB布局攻略，被规整成一个清单，以便在布局过程中协助规划人员。DC/DC转化器PCB规划流程的根本过程是：
1. 挑选PCB结构和层叠标准。
2. 从原理图中找出大di/dt电流环路和高dv/dt电压节点。
3. 进行功率级组件的布局和放置。
4. 放置操控IC并完结操控部分布局。
5. 进行要害的盯梢布线，包含MOSFET栅极驱动、电流检测和输出电压反应。
6. 规划电源和接地(GND)层。
