DCDC電源PCB布局及注意事項(xiàng)[20241001]

在DCDC電源電路中，PCB的布局對(duì)電路功能的實(shí)現(xiàn)和良好的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō)都十分重要。本文以buck電路為例，簡(jiǎn)單分析一下如何進(jìn)行合理PCB layout布局以及設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

首先，以最簡(jiǎn)單的BUCK電路拓?fù)錇槔�，下圖（1-a）和（1-b）中分別標(biāo)明了在上管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻電流的走向，即功率回路部分。這部分電路負(fù)責(zé)給用戶(hù)負(fù)載供電，承受的功率較大。





結(jié)合圖（1-c）中Q1和Q2的電流波形，不難發(fā)現(xiàn)，由于電感的存在，后半部分電路中不會(huì)存在一個(gè)較高的電流變化趨勢(shì)，只有在兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的部分會(huì)出現(xiàn)高電流轉(zhuǎn)換速率。在PCB布線時(shí)需要特別注意，盡可能減小這一快速變化的環(huán)節(jié)的面積，來(lái)減少對(duì)其他部分的干擾。隨著集成工藝的進(jìn)步，目前大部分電源芯片都將上下管集成到了芯片的內(nèi)部。

了解了高電流轉(zhuǎn)換速率部分后，讓我們回到整個(gè)功率回路布局來(lái)看。以MPS的非常受歡迎的MPQ8633A（B）系列產(chǎn)品為例，這是一款完全集成的高頻同步降壓轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)12-20A的輸出電流，其原理圖如下，其功率回路（綠色標(biāo)注）中包含輸入電容，電感以及輸出電容等器件。




功率回路也需要做到盡可能地占用較小的環(huán)路面積，來(lái)減少噪聲的發(fā)射以及回路上的寄生參數(shù)。推薦的PCB布局如圖（3）所示。注意點(diǎn)如下：

輸入電容就近放在芯片的輸入Vin 和功率地PGND ，減少寄生電感的存在，因?yàn)檩斎腚娏鞑贿B續(xù)，寄生電感引起的噪聲對(duì)芯片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響。VIN 的管腳旁邊至少各有1 個(gè)去耦電容 ，用來(lái)濾除來(lái)自電源輸入端的交流噪聲和來(lái)自芯片內(nèi)部（倒灌）的電源噪聲，同時(shí)也為芯片儲(chǔ)能。且電容需要緊挨管腳，兩者的間距需要小于40mil 。

功率回路盡可能的短粗，保持較小的環(huán)路面積 ，減少噪聲的發(fā)射。

SW 點(diǎn)是噪聲源，保證電流的同時(shí)保持盡量小的面積 ，遠(yuǎn)離敏感的易受干擾的位置，例如FB等。

鋪銅面積和過(guò)孔數(shù)量會(huì)影響到PCB 的通流能力和散熱。由于PCB的載流能力與PCB板材、板厚、導(dǎo)線寬厚度以及溫升相關(guān)，較為復(fù)雜，可以通過(guò)IPC-2152標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的查找和計(jì)算。一般，對(duì)于MPQ8633A（B）的PCB來(lái)說(shuō)，需要在VIN（至少打6個(gè)過(guò)孔）和PGND（至少打9個(gè)過(guò)孔）處多打過(guò)孔，這兩處的鋪銅應(yīng)最大化來(lái)減小寄生阻抗。SW處的鋪銅也需要加寬，以免出現(xiàn)限流的情況，導(dǎo)致工作異常。



討論完功率回路部分，轉(zhuǎn)眼看芯片邏輯電路部分，這部分的PCB布局也是有所講究的。



結(jié)合圖（3）和（4）可總結(jié)注意點(diǎn)如下：

1.將BST 電容放置在盡可能靠近BST 和SW 的位置，使用20mil 或更寬來(lái)布線路徑。


2.FB 電阻連接到FB 管腳盡可能短， 減少噪聲的耦合。這是芯片最敏感，最容易受干擾的部分，是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的十分常見(jiàn)原因。需要將其遠(yuǎn)離噪聲源，例如：SW點(diǎn)，電感，二極管等（在非同步buck中，MPQ8633外圍無(wú)二極管）。如圖，RFF、CFF、RFB1、RFB2都盡量靠近芯片擺放。



3.VCC 電容應(yīng)就近放置在芯片的VCC 管腳和芯片的信號(hào)地之間，盡量在一層，沒(méi)有過(guò)孔 。對(duì)于信號(hào)地（AGND）和功率地（PGND）在一個(gè)管腳的芯片，同樣就近和該管腳連接。



4.AGND和PGND需要進(jìn)行單點(diǎn)連接。



5.將SS電容靠近TRK/REF至RGND。



6.將SENSE電容置于輸出SENSE線之間，平行走線。



7.PCB layout 中走線和鋪銅都盡量避免90 °直角，走45°或者圓弧角，特別是在高頻信號(hào)傳輸線部分。避免由傳輸線寬帶來(lái)的反射和傳輸信號(hào)的失真。



最后，為了方便大家了解自己畫(huà)的PCB是否合理，可以參考以下簡(jiǎn)易表格做一個(gè)自評(píng)：





以上表格適用于簡(jiǎn)單的buck、boost電路的pcb設(shè)計(jì)，多用單層或者雙層板即可。僅供參考，歡迎補(bǔ)充。
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