在實(shí)現(xiàn)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，電路布局與設(shè)計(jì)同樣重要。布局不良可能會(huì)嚴(yán)重降低設(shè)計(jì)。

本文將介紹一些最佳布局實(shí)踐。

良好電路布局的目標(biāo)

以下是一些良好布局的目標(biāo)。

• 控制
• 降低電路不同部分之間的干擾
• 減小電路面積
• 有效熱管理
• 改善電壓調(diào)節(jié)和電路效率
• 避免額外的“創(chuàng)可貼”電路如緩沖器
• 增強(qiáng)穩(wěn)定性

注意： Don對(duì)這些關(guān)鍵路徑使用自動(dòng)布線 - 手動(dòng)布線和設(shè)計(jì)。

電源轉(zhuǎn)換器電路中的電流回路

電源轉(zhuǎn)換器電路產(chǎn)生大電流，在不同的相位，在兩個(gè)主回路中循環(huán)：關(guān)閉狀態(tài)和開(kāi)啟狀態(tài)-state，取決于MOSFET開(kāi)關(guān)的狀態(tài)（見(jiàn)圖1）。

圖1（a）：通態(tài)電流環(huán); 1（b）關(guān)閉狀態(tài)環(huán)。點(diǎn)擊放大。

這些循環(huán)的3D幾何非常重要。根據(jù)安培定律，在物理環(huán)路中運(yùn)行的電流將形成與電流和環(huán)路面積成比例的磁場(chǎng)。根據(jù)法拉第定律，該場(chǎng)可以與其他電路環(huán)路耦合，在更高頻率處具有更多耦合，從而導(dǎo)致有害串?dāng)_。

因此，一般的思維方式應(yīng)該是最小化這些循環(huán)的封閉區(qū)域。一種直接的方法是使返回路徑盡可能與出站路徑共線。

想象一個(gè)環(huán)形天線壓扁到垂直線 - 它將不再是天線。這就是我們將導(dǎo)線絞合在一起以消除耦合噪聲的原因。

返回路徑

請(qǐng)注意，如果給定無(wú)限接地平面，返回電流將自然傾向于直接集中在出站電流之下（見(jiàn)圖2）。我們應(yīng)該從自然界中獲取這一提示并提供自然的返回路徑;否則，將引入一個(gè)環(huán)路并輻射。

所需的結(jié)果電路板將出站并返回以有序的已知路徑運(yùn)行的電流。

圖2：自然返回電流路徑

通常，電路有多個(gè)地平面：模擬，數(shù)字和例如，權(quán)力。雖然多年來(lái)傳統(tǒng)觀念已有所不同，但如果提供這些自然回路，我們就不需要?jiǎng)澐值仄矫妗?shí)際上，如果計(jì)劃外的返回電流必須繞過(guò)很長(zhǎng)的路徑，分區(qū)會(huì)使事情變得更糟。

除了智能分區(qū)之外的自然電流路徑可能是最好的解決方案。

快速火災(zāi)最佳實(shí)踐

當(dāng)然，關(guān)鍵考慮因素是電源軌進(jìn)入或源自電路板的位置。如果這些考慮因素在設(shè)計(jì)師的控制之下，那么應(yīng)該選擇那些以促進(jìn)良好的布局。請(qǐng)注意，同樣的環(huán)路原理也應(yīng)該應(yīng)用于MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗簿哂写蟮募夥咫娏鳌?/p>

為進(jìn)一步控制輻射發(fā)射，“20H規(guī)則”規(guī)定，對(duì)于間距為H的層，我們將所有跡線保持在距離電路板邊緣至少20H的位置。通常需要使用電源過(guò)孔將電源路徑推送到其他層以獲得緊湊的布局 - 您只需像電源路徑中的任何其他元件一樣管理這些過(guò)孔的效果。電感，電阻和過(guò)孔總數(shù)都會(huì)影響路徑性能。

敏感控制電路需要干凈的接地。如果我們通過(guò)控制器共享的返回路徑發(fā)送大的脈沖功率返回電流，將產(chǎn)生電壓尖峰，這將擾亂控制器的接地，將噪聲注入控制電路，這是非常不希望的。我們使用星形接地來(lái)避免這種情況（參見(jiàn)圖3） - 保持返回路徑不共享和分離。

圖3 ：星形接地

在繞過(guò)IC的電源電壓時(shí)，始終給出首先接近高頻分量的優(yōu)先級(jí)。避免過(guò)孔并直接連接到IC引腳。

考慮IC制造商的示例布局，如評(píng)估板，作為指導(dǎo)。但是，請(qǐng)記住，電路板可能具有不同的疊加和設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)自您的 - 例如，實(shí)現(xiàn)最佳的熱性能而不利于其他參數(shù)。

對(duì)于電源走線，寬度，長(zhǎng)度和厚度必須設(shè)計(jì)為限制電壓降和走線電感。在今天的低輸出電壓下，電壓降比以往任何時(shí)候都重要。

我們需要引導(dǎo)我們的另一個(gè)主要法則是電容耦合 - 兩個(gè)板（電路節(jié)點(diǎn)）彼此接近將耦合與板面積和它們之間的距離成比例，在更高頻率下具有更多耦合和更高的接收節(jié)點(diǎn)阻抗。

例如，通過(guò)將檢測(cè)引腳連接到輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓反饋，此信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和電感等噪聲源。檢測(cè)引腳節(jié)點(diǎn)為高阻抗，因此更容易受到電容耦合的影響 - 保持它盡可能小并與噪聲源隔離。干擾DC平面也可以減少耦合。

具有高 dv/dt 瞬態(tài)的節(jié)點(diǎn)，如開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，需要保持小型和隔離，同時(shí)仍保持足夠的電流容量，所以它們不會(huì)成為噪音源。

如果一個(gè)電源軌有多個(gè)負(fù)載點(diǎn)，就會(huì)有一個(gè)必要的檢測(cè)點(diǎn)放置妥協(xié) - 你可以優(yōu)先考慮一個(gè)負(fù)載或集中放置。如果感應(yīng)信號(hào)是差分的，那很好，但它應(yīng)該像傳輸線一樣布線。在IC附近放置任何感應(yīng)電路電阻。

電路板應(yīng)該有多少層？更多的層意味著更多的布線空間，更多的電源和接地層可以提供屏蔽，但也有更多的過(guò)孔和更多的成本。對(duì)于現(xiàn)代轉(zhuǎn)換器IC，您應(yīng)該至少有四層。此外，層數(shù)通常不受電源設(shè)計(jì)者的控制，由其他考慮因素決定。通常，您擁有的圖層越少，獲得有效布局所需的創(chuàng)意就越多。

散熱考慮因素

布局也受到驅(qū)動(dòng)通過(guò)熱考慮，最明顯的是IC和MOSFET的導(dǎo)熱墊，大部分熱量通過(guò)導(dǎo)熱板傳導(dǎo)到電路板然后輻射到空氣中。需要考慮導(dǎo)熱墊的尺寸和層數(shù)，過(guò)孔數(shù)，最大環(huán)境溫度和可用氣流。最終，MOSFET可能需要外部散熱器。數(shù)據(jù)表至少有一個(gè)熱量示例可用于指導(dǎo)您的散熱設(shè)計(jì)。

此外，請(qǐng)務(wù)必了解是否電氣連接IC焊盤 - 數(shù)據(jù)表中并未總是指定。如果你有空間，一個(gè)很好的技巧是將焊盤延伸到頂層IC的邊緣之外，為你提供一個(gè)加熱它的位置，使IC更容易提升。

花在良好布局上的時(shí)間將足以彌補(bǔ)對(duì)布局不當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行故障排除所花費(fèi)的時(shí)間，而且更加愉快。