在高電流、快速開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路(具有高電流和電壓壓擺率)中,為了實現(xiàn)可靠的器件運行和設(shè)計穩(wěn)健性,正確的 PCB 設(shè)計和布局非常重要。此外,轉(zhuǎn)換器的 EMI 性能在很大程度上取決于 PCB 布局。
在圖 7-36 中,降壓穩(wěn)壓器功率級的高頻電源環(huán)路以紅色表示,降壓穩(wěn)壓器的拓撲結(jié)構(gòu)意味著圖中所示的元件中流過特別高的 di/dt 電流。必須通過盡可能減小有效環(huán)路面積來降低此環(huán)路的寄生電感。
以下列表總結(jié)了用于優(yōu)化直流/直流轉(zhuǎn)換器性能(包括熱特性和 EMI 特性)的 PCB 布局和元件放置基本指南。圖 7-37 展示了 LM706x0 的推薦布局,并優(yōu)化了功率級和小信號元件的布局和布線。
- 將輸入電容器盡可能靠近輸入引腳對放置:VIN 和 PGND 引腳靠近在一起(中間有一個間隙以增加電氣間隙),從而簡化了輸入電容器的放置。
- 在 VIN 到 PGND 之間放置具有 X7R 或 X7S 電介質(zhì)的低 ESR 陶瓷電容器。將 0402 電容器靠近 VIN 放置以實現(xiàn)高頻旁路,如圖 7-37 所示。使用額外的 1206 或 1210 電容器作為大容量電容。
- 輸入電容器和輸出電容器的接地返回路徑必須包含連接到 PGND 引腳的局部頂層平面。
- 在 IC 頂層下方的 PCB 層上使用實心接地平面:該層充當(dāng)噪聲屏蔽層和散熱路徑。使用 IC 正下方的 PCB 層可最大限度地減少與開關(guān)環(huán)路中的電流相關(guān)的磁場,從而減少寄生電感以及開關(guān)電壓過沖和振鈴。在 PGND 附近使用多個散熱過孔,以便向內(nèi)部接地平面散熱。
- VIN、VOUT 和 GND 總線連接越寬越好:這些路徑必須盡可能寬和直,以減少轉(zhuǎn)換器輸入或輸出路徑上的任何壓降,從而更大限度地提高效率。
- 將降壓電感器靠近 SW1、SW2 和 SW3 引腳放置:在轉(zhuǎn)換器 SW 引腳和電感器之間使用短而寬的連接引線。同時,盡量減小此高 dv/dt 表面的長度(和面積),以幫助減少電容耦合和輻射 EMI。將電感器的同名端連接到 SW 引腳。
- 將 VCC 和 BOOT 電容器靠近相應(yīng)的引腳放置:VCC 和 BOOT 電容器分別表示內(nèi)部低側(cè)和高側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動器的電源,因此會承載高頻電流。將 CVCC 靠近 VCC 引腳放置,并在返回端子處放置一個 GND 過孔以連接到 GND 平面,從而在外露焊盤處返回到 IC GND。將 CBOOT 連接到靠近 CBOOT 和 SW4 引腳的位置。
- 將反饋分壓器盡可能靠近 FB 引腳放置:通過將電阻分壓器靠近 FB 引腳而不是靠近負載放置,降低輸出電壓反饋路徑的噪聲敏感度。這可減少 FB 布線長度和相關(guān)的噪聲耦合。FB 引腳是電壓環(huán)路誤差放大器的輸入,并代表對噪聲敏感的高阻抗節(jié)點。到 VOUT 的連接可能會更長一些。不過,不得將這一條較長的布線布置在任何可能會通過電容耦合到轉(zhuǎn)換器反饋路徑的噪聲源(例如開關(guān)節(jié)點)附近。
- 提供足夠大的 PCB 面積以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)纳?/em>:使用足夠的覆銅區(qū)實現(xiàn)與最大負載電流和環(huán)境溫度條件相稱的低熱阻抗。為 LM706x0 提供足夠的散熱,以將結(jié)溫保持在 150°C 以下。對于滿額定負載運行,頂部接地層是一個重要的散熱區(qū)域。使用矩陣式散熱過孔將封裝的外露焊盤 (GND) 連接到 PCB 接地平面。如果 PCB 具有多個銅層,請將這些散熱過孔連接到內(nèi)層接地平面。最好使用 2 盎司(不少于 1 盎司)的銅制作 PCB 頂層和底層。