在高電流快速開關(guān) DC/DC 穩(wěn)壓器電路(具有高電流和電壓轉(zhuǎn)換率)中,為了實(shí)現(xiàn)可靠的器件運(yùn)行和設(shè)計(jì)穩(wěn)健性,正確的 PCB 設(shè)計(jì)和布局非常重要。此外,穩(wěn)壓器的 EMI 性能在很大程度上取決于 PCB 布局。
圖 8-41 表示 LM656x0-Q1 功率級(jí)的高頻率開關(guān)電源回路。降壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)意味著特別高的 di/dt 電流會(huì)在功率 MOSFET 和輸入電容器中流動(dòng),因此,通過最小化有效功率環(huán)路面積來減少寄生電感是必須的。請(qǐng)注意,輸入電容器基于 IC 封裝每一側(cè)的 VIN 和 PGND 引腳的雙對(duì)稱排列。高頻電流分為兩個(gè)部分并有效地反向流動(dòng),使相關(guān)磁場(chǎng)相互抵消,從而提高 EMI 性能。
以下列表總結(jié)了用于優(yōu)化 DC/DC 穩(wěn)壓器性能(包括熱特性和 EMI 特性)的 PCB 布局和元件放置基本指南。圖 8-42 展示了 LM656x0-Q1 的推薦布局,并優(yōu)化了功率級(jí)和小信號(hào)元件的布局和布線。
- 將輸入電容器盡可能靠近輸入引腳對(duì) [VIN1, PGND1] 和 [VIN2, PGND2] 放置:各自的 VIN 和 PGND 引腳對(duì)靠近(中間有一個(gè) NC 引腳以增加間距),從而簡(jiǎn)化了輸入電容器的放置。eQFN 封裝在封裝任一側(cè)提供 VIN 和 PGND 引腳,以提供對(duì)稱布局,有助于更大限度地降低開關(guān)噪聲和 EMI。
- 在 VIN1 到 PGND1 和 VIN2 到 PGND2 之間放置具有 X7R 或 X7S 電介質(zhì)的低 ESR 陶瓷電容器。將 0603 電容器靠近每個(gè)引腳對(duì)放置以實(shí)現(xiàn)高頻旁路。每側(cè)使用相鄰的 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由連接到 PGND1 和 PGND2 引腳的局部頂層平面組成。
- 在較低的 PCB 層上使用寬多邊形平面將 VIN1 和 VIN2 連接在一起,并連接到輸入電源。
- 在 IC 頂層下方的 PCB 層上使用實(shí)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(chǎng),從而減少寄生電感以及開關(guān)電壓過沖和振鈴。在 PGND1 和 PGND2 附近使用多個(gè)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(shí),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 和自舉電容器分別表示內(nèi)部低側(cè)和高側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器的電源,因此會(huì)承載高頻電流。將 CVCC 放置在盡可能靠近 VCC 和 PGND2 引腳的位置。將 CBST 連接到靠近 BST 和 SW3 引腳的位置。
- 將反饋分壓器盡可能靠近 FB 引腳放置:對(duì)于可調(diào)節(jié)輸出版本的 LM656x0-Q1,通過將電阻分壓器靠近 FB 引腳而不是靠近負(fù)載放置,降低輸出電壓反饋路徑對(duì)噪聲的靈敏度。這種布局可減少 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(duì)噪聲敏感的高阻抗節(jié)點(diǎn)。到 VOUT 的連接可能會(huì)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(huì)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(diǎn))附近。對(duì)于固定輸出版本,根據(jù)需要將 FB 連接至高電平或低電平。
- 提供足夠大的 PCB 面積以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)纳?/em>:使用足夠的覆銅區(qū)實(shí)現(xiàn)與最大負(fù)載電流和環(huán)境溫度條件相稱的低熱阻抗。為 LM656x0-Q1 提供足夠的散熱,以將結(jié)溫保持在 150°C 以下。對(duì)于滿額定負(fù)載運(yùn)行,頂部接地平面是一個(gè)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(gè)銅層,請(qǐng)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。