在電路板上具有戰略意義的位置靈活部署轉換器的能力也很重要 —— 以大電流負載點(POL)模塊為例,處于鄰近負載的最佳位置可降低導通壓降并改善負載瞬態性能。
請細看圖2中外形微縮的降壓型轉換器的功率級布局。作為一個嵌入式POL模塊實施方案,它采用了一個全陶瓷電容器設計、一個高效屏蔽式電感器、若干垂直堆疊的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、一個電壓模式控制器以及一個具有2盎司覆銅的六層pcb。
圖2:25A同步降壓型轉換器pcb布局和實施方案
本設計的主要原則是實現高功率密度和低材料清單(BOM)成本。它總共占用的pcb面積為2.2cm2(0.34in2),每單位面積產生的有效電流密度為11.3A/cm2(75A/in2)。3.3V輸出時每單位體積的功率密度為57W/in2(930W/in3)。
為達到高功率密度,通常的做法是增加開關頻率。相比之下,您可通過具有戰略意義的組件選擇來實現小型化,同時保持300kHz的較低開關頻率,旨在減少MOSFET開關損耗和電感器磁芯損耗等與頻率成比例的損失。表1列出了本設計的基本組件。
表1:POL模塊組件、封裝大小和推薦的焊盤尺寸
高密度pcb設計的價值主張
顯然,pcb是一個設計中的重要(有時是最昂貴的)組件。為高密度dcdc轉換器精心策劃并認真實施的pcb布局的價值主張在于:
在空間受限型設計(縮減的解決方案體積和占位面積)中實現更多的功能。
減小開關環路的寄生電感,有助于:
減少功率MOSFET電壓應力(開關節點電壓尖峰)和鳴響。
降低開關損耗。
額外的容限可確保在輸入軌瞬態電壓干擾中安然無恙(特別是在寬VIN范圍的應用里)。
增加可靠性和穩健性(降低組件溫度)。
通過縮小pcb、減少濾波組件并去除緩沖器來節約成本。
與眾不同的設計可提供競爭優勢、贏得客戶關注并增加收入。
公平地說,pcb布局可決定一個開關功率轉換器最終實現的性能。當然,不必花無數個小時為EMI、噪聲、信號完整性以及與較差布局相關的其它問題進行調試,這會讓設計人員感到非常高興。
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原文標題:【干貨】DC/DC轉換器的高密度印刷電路板設計(2)
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