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DC/DC转换器高密度PCB板布局(第二部分)

2017年04月18日 11:26 次阅读

正如笔者在第1部分中所提,专用于电源管理的印刷电路板(PCB)面积对系统设计人员而言是极大的约束。降低转换损耗是一项基本要求,以便能在PCB基板面有限的空间受约束型应用中实现紧凑的方案。

在电路板上具有战略意义的位置灵活部署转换器的能力也很重要 —— 以大电流负载点(POL)模块为例,处于邻近负载的最佳位置可降低导通压降并改善负载瞬态性能。

请细看图1中外形微缩的降压型转换器的功率级布局。作为一个嵌入式POL模块实施方案,它采用了一个全陶瓷电容器设计、一个高效屏蔽式电感器、若干垂直堆叠的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、一个电压模式控制器以及一个具有2盎司覆铜的六层PCB。

 

DC/DC转换器的高密度印刷电路板(PCB)布局,第2部分

 

125A同步降压型转换器PCB布局和实施方案

 

本设计的主要原则是实现高功率密度和低材料清单(BOM)成本。它总共占用的PCB面积为2.2cm2(0.34in2),每单位面积产生的有效电流密度为11.3A/cm2(75A/in2)。3.3V输出时每单位体积的功率密度为57W/in2(930W/in3)。

为达到高功率密度,通常的做法是增加开关频率。相比之下,您可通过具有战略意义的组件选择来实现小型化,同时保持300kHz的较低开关频率,旨在减少MOSFET开关损耗和电感器磁芯损耗等与频率成比例的损失。表1列出了本设计的基本组件。

 

动力传动系部件

 

封装和外形(mm

 

推荐的焊盘图案外部尺寸(mm

 

CSD86350Q5D NexFETÔ电源块

 

5.0 x 6.0 x 1.5 (SON5x6)

 

5.15 x 6.24

 

LM27402 3V-20V脉宽调变(PWM)控制器

 

4.0 x 4.0 x 0.8 (WQFN-16)

 

4.2 x 4.2

 

0.68µH、1.6mΩ、33A滤波器电感器

 

11.5 x 10.3 x 4.0

 

4.1 x 13.6

 

22μF输入和47μF输出X5R电容器

 

2.0 x 1.25 x 1.35 (0805)

 

2.2 x 1.3

 

终端连接

 

2.0 x 3.0

 

2.0 x 3.0(在主机板上)

 

 

 

1POL模块组件、封装大小和推荐的焊盘尺寸

 

高密度PCB设计的价值主张

 

显然,PCB是一个设计中的重要(有时是最昂贵的)组件。为高密度DC/DC转换器精心策划并认真实施的PCB布局的价值主张在于:

在空间受限型设计(缩减的解决方案体积和占位面积)中实现更多的功能。

减小开关环路的寄生电感,有助于:

减少功率MOSFET电压应力(开关节点电压尖峰)和鸣响。

降低开关损耗。

减少电磁干扰(EMI)、磁场耦合和输出噪声信号。

额外的容限可确保在输入轨瞬态电压干扰中安然无恙(特别是在宽VIN范围的应用里)。

增加可靠性和稳健性(降低组件温度)。

通过缩小PCB、减少滤波组件并去除缓冲器来节约成本。

与众不同的设计可提供竞争优势、赢得客户关注并增加收入。

公平地说,PCB布局可决定一个开关功率转换器最终实现的性能。当然,不必花无数个小时为EMI、噪声、信号完整性以及与较差布局相关的其它问题进行调试,这会让设计人员感到非常高兴。

其它资源:

 

在EDN上阅读《DC/DC转换器PCB布局》的第1部分、第2部分和第3部分。

观看有关高密度降压型转换器解决方案显著特点的视频。

查看来自PowerLab参考设计库的这些高密度设计的原理图、布局和测试报告:

外型小巧的高效112W同步降压型TI Designs参考设计

企业开关应用里适合中央处理器(CPU)内核电源的高功率密度稳压器模块TI Designs参考设计。

电感器置顶的高功率密度12Vin、100W同步DC/DC步降(降压)型转换器TI Designs参考设计。

订购高密度LM27403EVM-POL600 30A 600kHz POL评估模块(EVM)。

现在就用WEBENCH®Power Designer开始设计。

 

原文链接:

https://e2e.TI.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/09/16/high-density-pcb-layout-of-dc-dc-converters-part-2

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发表于 2018-03-14 12:03 3708次阅读
开关电源EMC过不了?PCB画板工程师有不可推卸...

PCB行业并购风再度刮起,由田进一步跨入半导体领...

PCB及LCD自动光学检测设备大厂由田公告,公开收购晶彩科技普通股条件已充分,而本次公开收购至201...

发表于 2018-03-14 08:50 1021次阅读
PCB行业并购风再度刮起,由田进一步跨入半导体领...

展望国内PCB行业未来发展趋势,行业集中度提升是...

随着中国人口红利的消失以及PCB产业的日臻成熟,人工、水电和环境的费用将不断提高,东南亚国家也因此通...

发表于 2018-03-13 14:37 631次阅读
展望国内PCB行业未来发展趋势,行业集中度提升是...

总结在PCB设计中遇到阻抗计算模型

H1:介质厚度Er1:介电常数W1:阻抗线底部宽度W2:阻抗线顶部宽度S1:阻抗线间距T1:成品铜厚...

发表于 2018-03-13 14:24 517次阅读
总结在PCB设计中遇到阻抗计算模型

8种IC代换技巧,助你pcb电路设计更完美

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下在代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电...

发表于 2018-03-13 09:56 2206次阅读
8种IC代换技巧,助你pcb电路设计更完美

电路板的抗干扰设计,这些办法让它简单易懂

抗干扰设计的基本任务是系统或装置既不因外界电磁干扰影响而误动作或丧失功能,也不向外界发送过大的噪声干...

发表于 2018-03-12 17:28 798次阅读
电路板的抗干扰设计,这些办法让它简单易懂

信号传输线特性阻抗,信号普通线与信号传输线的差别

根据信号“传输线”的定义,信号线布设得很短,使其长度小于1/7传输信号波长,便可消除传输信号被“反射...

发表于 2018-03-12 14:31 449次阅读
信号传输线特性阻抗,信号普通线与信号传输线的差别

pcb阻焊层开窗是什么意思_PCB阻焊层开窗的原...

本文开始阐述了阻焊层的概念,其次对阻焊层的工艺要求和工艺制作进行了详细的阐述,最后解释了pcb阻焊层...

发表于 2018-03-12 14:23 197次阅读
pcb阻焊层开窗是什么意思_PCB阻焊层开窗的原...

一文看懂PCB助焊层跟阻焊层的区别与作用

本文开始介绍了阻焊层的概念以及阻焊层的工艺要求以及工艺制作,其次阐述了助焊层的概念,最后分析了阻焊层...

发表于 2018-03-12 13:39 528次阅读
一文看懂PCB助焊层跟阻焊层的区别与作用

浅谈RF电路设计

做了多年的RF研发工作,在润欣科技从事RF芯片的支持工作也有7年之久,对于RF电路的设计经验,在这里...

发表于 2018-03-12 10:37 751次阅读
浅谈RF电路设计

如何控制好酸铜电镀的质量

硫酸铜电镀在PCB电镀中占着极为重要的地位,酸铜电镀的好坏直接影响PCB制板电镀铜层的质量和相关机械...

发表于 2018-03-12 10:13 339次阅读
如何控制好酸铜电镀的质量

电路板绘制经验总结

、合理布置电源滤波/退耦电容:一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处...

发表于 2018-03-12 09:22 489次阅读
电路板绘制经验总结

如何实现控制信号电力和数据,能够通过高压电机隔离...

通过调节恒温器来驱散空气中的暑热使很多高压电路重新出现在我们的视野中,其中也包括那些可以驱动空调压缩...

发表于 2018-03-12 09:01 1306次阅读
如何实现控制信号电力和数据,能够通过高压电机隔离...

信号调理产品电路设计与寄存器配置

在高速信号电路设计中,TI的信号调理产品被广泛使用。其中retimer类产品涉及到寄存器配置,因此相...

发表于 2018-03-12 08:45 1066次阅读
信号调理产品电路设计与寄存器配置

开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

.副边的电流比较大,为了走电流,以及整流管散热,采用了这样的布局,整流管在上,BUCK电路MOS管在...

发表于 2018-03-12 08:43 796次阅读
开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

一文看懂多层电路板pcb的工序流程

本文开始介绍了多层电路板的概念和多层线路板的优缺点,其次阐述了多层pcb线路板与双面板区别,最后详细...

发表于 2018-03-11 10:52 536次阅读
一文看懂多层电路板pcb的工序流程

受益苹果台商两岸PCB产业创历史新高

台湾电路板协会(TPCA)、工业技术研究院产业经济与趋势研究中心(IEK)日前公布台商两岸PCB去年...

发表于 2018-03-10 18:58 3278次阅读
受益苹果台商两岸PCB产业创历史新高

PCB的元器件焊盘设计

PCB的元器件焊盘设计是一个重点,最终产品的质量都在于焊点的质导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细...

发表于 2018-03-10 11:40 903次阅读
PCB的元器件焊盘设计

如何为低PIM PCB天线选择合适的电路板材料

以PCB形式设计的高频天线可以有多种不同结构,从简单的偶极子,到基于环形谐振腔和罗特曼透镜的复杂的结...

发表于 2018-03-10 11:05 577次阅读
如何为低PIM PCB天线选择合适的电路板材料

PCB信号完整性五部曲

一、PCB走线中途容性负载反射 很多时候,PCB走线中途会经过过从这个公式中,我们可以得到一个很重要...

发表于 2018-03-10 09:43 478次阅读
PCB信号完整性五部曲