發布日期：2022-04-28 點擊率：34
正如筆者在第1部分中所提，專用于電源管理的印刷電路板（PCB）面積對系統設計人員而言是極大的約束。降低轉換損耗是一項基本要求，以便能在PCB基板面有限的空間受約束型應用中實現緊湊的方案。
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1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1：25A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。
動力傳動系部件 | 封裝和外形（mm） | 推薦的焊盤圖案外部尺寸（mm） |
CSD86350Q5D NexFET?電源塊 | 5.0 x 6.0 x 1.5 (SON5x6) | 5.15 x 6.24 |
LM27402 3V-20V脈寬調變（PWM）控制器 | 4.0 x 4.0 x 0.8 (WQFN-16) | 4.2 x 4.2 |
0.68μH、1.6mΩ、33A濾波器電感器 | 11.5 x 10.3 x 4.0 | 4.1 x 13.6 |
22μF輸入和47μF輸出X5R電容器 | 2.0 x 1.25 x 1.35 (0805) | 2.2 x 1.3 |
終端連接 | 2.0 x 3.0 | 2.0 x 3.0（在主機板上） |
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DC/DC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。
減少電磁干擾（EMI）、磁場耦合和輸出噪聲信號。
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。
其它資源：
在EDN上閱讀《DC/DC轉換器PCB布局》的第1部分、第2部分和第3部分。
觀看有關高密度降壓型轉換器解決方案顯著特點的視頻。
查看來自PowerLab參考設計庫的這些高密度設計的原理圖、布局和測試報告：
外型小巧的高效112W同步降壓型TI Designs參考設計。
企業開關應用里適合中央處理器（CPU）內核電源的高功率密度穩壓器模塊TI Designs參考設計。
電感器置頂的高功率密度12Vin、100W同步DC/DC步降（降壓）型轉換器TI Designs參考設計。
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現在就用WEBENCH?Power Designer開始設計。
原文鏈接：
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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