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DC/DC转换器的高密度印刷电路板(PCB)布局(上)

电子设计 来源:网友电子设计发布 作者:网友电子设计发布 2021-11-24 14:20 次阅读

在当今这个竞争激烈的时代,产品设计人员面临的挑战是:不仅要紧跟同行步伐,而且要保持领先群雄的地位。这就对那些欲借助差异化产品进行创新的系统设计人员提出了更高的要求。

创新的一种重要方法是使用高密度设计。为推出占位面积更小的解决方案,电源系统设计人员现在正集中研究功率密度(一个功率转换器电路每单位面积或体积的输出功率)的问题。

高密度直流/直流(DC/DC)转换器印刷电路板(PCB)布局最引人瞩目的范例涉及功率级组件的放置和布线。精心的布局可同时提高开关性能、降低组件温度并减少电磁干扰(EMI)信号。请细看图1中的功率级布局和原理图。

在笔者看来,这些都是设计高密度DC/DC转换器时所面临的挑战:

组件技术。组件技术的进步是降低整体功耗的关键,尤其在较高的开关频率下对滤波器无源组件的尺寸减小更是至关重要。例如,功率金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)已见证了硅芯片和封装方面的一致进展,其中最值得注意的是采用了极少出现寄生现象的氮化镓(GaN)功率器件。与此同时,磁性组件的性能也得到了单独提升,虽然其速度可能落后于功率半导体组件的性能提升速度。凭借控制集成电路(IC)的谨慎布局(集成式自适应栅极驱动器靠近MOSFET),在很多情况下无需再用功率耗散缓冲器或栅极电阻器组件进行开关节点电压转换速率的调整。

散热设计。虽然高密度布局一般有利于提升转换效率,但它可能会形成一个散热性能瓶颈。要在更小的占位空间内实现相同功耗的想法变得站不住脚。组件温度攀升会使较高的故障率和可靠性问题更严重。把外形较纤薄的功率MOSFET放置在PCB顶部(不会被电感器和电解电容器等较厚的组件遮蔽气流)有助于通过对流气流提高散热性能。就图1中的转换器而言,电感器和电解电容器被特意放在了多层PCB的底部,因为如果置于顶部,它们会妨碍热传递。

抗EMI性能。EMI合规性是产品设计周期中的一个重要里程碑。高密度设计通常没有多少可用于EMI滤波的空间。但严密的布局可改善辐射发射状况,并对传送进来的干扰产生更强的抵御能力。两个基本步骤是:最大限度地减少载有大di/dt电流的环路面积(见图1中的白色电流路径),并缩减具有高dv/dt电压的表面积(见图1中的覆铜多边形SW1和SW2)。

高密度PCB设计流程。显然,对电源系统设计人员来说,培养和磨砺自己的PCB设计技能非常重要。尽管布局的职责往往会委托给布局专家,但工程师仍承担着审查设计并且非正式批准它的最终责任。

考虑到这些挑战,笔者最近为EDN撰写了一个详细深入探讨PCB布局、由三部分组成的系列,标题为《DC/DC转换器PCB布局》。它包括一系列PCB布局指南,被规整成一个清单,以便在布局过程中帮助设计人员。DC/DC转换器PCB设计流程的基本步骤是:

1. 选择PCB结构和层叠规范。

2. 从原理图中找出大di/dt电流环路和高dv/dt电压节点。

3. 进行功率级组件的布局和放置。

4. 放置控制IC并完成控制部分布局。

5. 进行关键的跟踪布线,包括MOSFET栅极驱动、电流检测和输出电压反馈。

6. 设计电源和接地(GND)层。

在本博客系列的第2部分,笔者将揭开一种高密度降压型转换器布局(采用20mm×11mm封装的25A负载点设计)的神秘面纱。

https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/09/11/high-density-pcb-layout-of-dc-dc-converters-part-1

编辑:jq

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    范围从10.5 V至为85V 相电流高达7.8 A 均方根 足迹为外部谐振器或晶体 切换电动机输入控制 键开始/左 - 停止/右 - 复位 就绪,忙碌,错误LED指示器 备用LED指标具体设计 在L6482发现是一个低成本的开发工具来探索L6482马达控制器。
    发表于 05-20 20:05 221次 阅读

    STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

    ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
    发表于 05-20 20:05 360次 阅读

    PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

    尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
    发表于 05-20 19:05 374次 阅读

    CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB评估板ST25TA系列

    使用的印刷电路板用 ST25TA02KB-P NFC /在UFDFPN5ECOPACK®2包RFID标签 19平方毫米单层感性天线,蚀刻在PCB上 非接触式接口 TruST25™数字签名 NFC论坛类型4标签 ISO / IEC 14443类型A 106 kbps的数据速率 内部50 pF的调谐电容,从而实现了小电感天线设计 内存 256字节(2千位)EEPROM与NDEF数据支持 200年的数据保存 百万擦除 - 写周期耐力 128位的密码数据保护 用抗撕裂特征 数字垫 可配置的通用指示输出(GPO),例如,RF场检测 云ST25TA02KB是现成使用的演示板旨在评价T他ST25TA02KB-P设备。...
    发表于 05-20 19:05 281次 阅读

    X-NUCLEO-NFC05A1 X-NUCLEO-NFC05A1NFC读卡器扩展板基于ST25R3911B的STM32和STM8核苷

    NFC读卡器IC:ST25R3911B 47毫米x 34英寸毫米,四匝,13.56MHz的电感在PCB和相关联的调谐电路 6个通用的LED ISO 18092(NFCIP-1)活性的P2P ISO 14443A和ISO14443B ISO 15693 的FeliCa ™ VHBR 6.8 Mbit / s的AFE和PCD到PICC成帧 3.4 Mbit / s的PICC向PCD成帧 最多1.4 W的输出功率与差天线 的X细胞核 - NFC05A1是基于所述ST25R3911B的NFC读卡器扩展板。
    发表于 05-20 19:05 216次 阅读

    PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

    发表于 05-20 11:05 181次 阅读

    TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED测距仪 60米范围内仅重9克 完美的机器人 自动化和智能城市

    发表于 05-20 11:05 163次 阅读

    SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

    发表于 05-20 11:05 208次 阅读

    EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

    发表于 05-20 11:05 224次 阅读

    DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1该DHCOM STM32MP15x是我们的可插拔计算机模块系列(SODIMM-200)的一部分 它配备了新的STM32MP1系列处理器

    发表于 05-20 11:05 536次 阅读

    FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用于NFC和RF-ID的小柔性片天线 结合了我们的高性能磁座

    发表于 05-20 11:05 458次 阅读

    STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基于STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的电机控制电源板

    电压:125 - 400 VDC 额定功率:高达1500W的 允许的最大功率是关系到应用条件和冷却系统 额定电流:最多6 A 均方根 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 电流检测两个选项:专用的运算放大器或通过MCU 过电流保护硬件 IPM的温度监测和保护 在STEVAL-IPMM15B是配备有SLLIMM(小低损耗智能模制模块)第二串联模块的小型电动机驱动电源板第二系列n沟道超结的MDmesh™DM2快速恢复二极管(STIB1560DM2T-L)。它提供了一种用于驱动高功率电机,用于宽范围的应用,如白色家电,空调机,压缩机,电动风扇,高端电动工具,并且通常为电机驱动器3相逆变器的负担得起的,易于使用的解决方案。...
    发表于 05-20 10:05 174次 阅读