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          优化电源??樾阅艿腜CB设计布局技术

          发布时间:2016-08-10 08:40:54 分类:资料中心

           全球出现的能源短缺问题使各国政府都开始大力推行节能新政。电子产品的能耗标准越来越严格,对于电源设计工程师电竞平台,如何设计更高效率、更高性能的电源是一个永恒的挑战。本文从电源pcb的布局出发,介绍了优化SIMPLE SWITCHER电源?电竞平台?樾阅艿淖罴?a href=http://www.pcbvia.com/chanpinzhongxin/pcb/ target=_blank class=infotextkey>pcb布局方法、实例及技术。

          在规划电源布局时,首先要考虑的是两个开关电流环路的物理环路区域。虽然在电源??橹姓庑┗仿非蚧究床患?电竞平台,但是了解这两个环路各自的电流路径仍很重要电竞平台,因为它们会延至??橐酝?。在图1所示的环路1中电竞平台,电流自导通的输入旁路电容器(Cin1),在高端MOSFET的持续导通时间内经该MOSFET,到达内部电感器和输出旁路电容器(CO1)电竞平台,最后返回输入旁路电容器。

            

           

          图1 电源??橹谢仿肥疽馔?/div>

           

          环路2是在内部高端MOSFET的关断时间以及低端MOSFET的导通时间内形成的电竞平台。内部电感器中存储的能量流经输出旁路电容器和低端MOSFET,最后返回GND(如图1所示)。两个环路互不重叠的区域(包括环路间的边界)电竞平台,即为高di/dt电流区域。在向转换器提供高频电流以及使高频电流返回其源路径的过程中电竞平台,输入旁路电容器(Cin1)起着关键作用。

          输出旁路电容器(Co1)虽然不会带来较大交流电流,但却会充当开关噪声的高频滤波器电竞平台。鉴于上述原因,在??樯鲜淙牒褪涑龅缛萜饔Ω镁×靠拷髯缘腣IN和VOUT引脚放置电竞平台。如图2所示,若使旁路电容器与其各自的VIN和VOUT引脚之间的走线尽量缩短并扩宽电竞平台,即可将这些连接产生的电感降至最低。

            

           

          图2 SIMPLE SWITCHER环路

           

          pcb布局中的电感降至最低,有以下两大好处。第一,通过促进能量在Cin1与CO1之间的传输来提高元件性能。这将确保牡缇浩教??榫哂辛己玫母咂蹬月返缇浩教?,将高di/dt电流产生的电感式电压峰值降至最低。同时还能将器件噪声和电压应力降至最低电竞平台,确保其正常操作。第二,最大化降低EMI。

          连接更少寄生电感的电容器电竞平台,就会表现出对高频率的低阻抗特性电竞平台,从而减少传导辐射。建议使用陶瓷电容器(X7R或X5R)或其他低ESR型电容器电竞平台。只有将额外的电容放在靠近GND和VIN端时,添加的更多的输入电容才能发挥作用。SIMPLE SWITCHER电源牡缇浩教ǖ缇浩教??榫捞?a href=http://www.pcbvia.com/pcb/ target=_blank class=infotextkey>设计,本身即具有低辐射和传导EMI,而遵循本文介绍的pcb布局指导方针,将获得更高性能。

          回路电流的路径规划常被忽视,但它对于优化电源设计却起着关键作用。此外,应该尽量缩短且扩宽与Cin1和CO1之间的接地走线电竞平台,并直接连接裸焊盘电竞平台,这对于具有较大交流电流的输入电容(Cin1)接地连接尤为重要电竞平台。

          ??橹薪拥氐囊牛ò愫概蹋?、输入和输出电容器、软启动电容以及反馈电阻电竞平台,都应连至pcb上的回路层。此回路层可作为电感电流极低的返回路径以及下文将谈及的散热装置使用。

            

           

          图3 ?电竞平台?榧白魑茸杩沟?a href=http://www.pcbvia.com/chanpinzhongxin/pcb/ target=_blank class=infotextkey>pcb示意图

           

          反馈电阻也应放置在尽可能靠近??镕B(反?。┮诺奈恢蒙系缇浩教āR烁咦杩菇诘闵系那痹谠肷崛≈到抵磷畹偷缇浩教?,令FB引脚与反馈电阻中间抽头之间的走线尽可能短是至关重要的电竞平台??捎玫牟钩プ榧蚯袄〉缛萜饔Ω梅胖迷诰】赡芸拷喜惴蠢〉缱璧奈恢蒙?。

            散热设计建议

            ?电竞平台?榈慕舸詹季衷诘缙矫娲春么Φ耐?,对散热设计造成了负面影响电竞平台,等值的功率要从更小的空间耗散掉??悸堑秸庖晃侍?,SIMPLE SWITCHER电源??榉庾暗谋趁?a href=http://www.pcbvia.com/pcb/ target=_blank class=infotextkey>设计了一个单独的大的裸焊盘,并以电气方式接地电竞平台。该焊盘有助于从内部MOSFET(通常产生大部分热量)到pcb间提供极低的热阻抗。

            从半导体结到这些器件外封装的热阻抗(θJC)为1.9℃/W。虽然达到行业领先的θJC值就很理想,但当外封装到空气的热阻抗(θCA)太大时电竞平台,低θJC值也毫无意义电竞平台!如果没有提供与周围空气相通的低阻抗散热路径,则热量就会聚集在裸焊盘上无法消散电竞平台。那么,究竟是什么决定了θCA值呢?从裸焊盘到空气的热阻完全受pcb设计以及相关的散热片的控制。

            现在来快速了解一下如何进行不含散热片的简单pcb散热设计电竞平台,图3示意了??榧白魑茸杩沟?a href=http://www.pcbvia.com/chanpinzhongxin/pcb/ target=_blank class=infotextkey>pcb电竞平台。与从结到裸片焊盘的热阻抗相比,由于结与外封装顶部间的热阻抗相对较高,因此在第一次估计从结到周围空气的热阻(θJT)时电竞平台,我们可以忽略θJA散热路径电竞平台。

            散热设计的第一步是确定要耗散的功率电竞平台。利用数据表中公布的效率图(η)即可轻松计算出??橄牡墓β?PD)。

            然后电竞平台,我们使用设计中的最高温度TAmbient和额定结温TJunction(125℃)这两个温度约束来确定pcb上封装的??樗璧娜茸?。

            最后,我们使用pcb表面(顶层和底层上均具有未损坏的一盎司铜散热片和无数个散热孔)的对流热传递的最大简化的近似值来确定散热所需的板面积。

            

           

            所需的pcb板面积近似值未考虑到散热孔所发挥的作用,这些散热孔将热量从顶部金属层(封装连接至pcb)向底部金属层传递。底层用作第二表面层,对流可以从这里将板上的热量传送出去。为了使板面积近似值有效电竞平台,需使用至少8~10个散热孔。散热孔的热阻近似于下列方程式值。

            此近似值适用于直径为12密尔、铜侧壁为0.5盎司的典型直通孔电竞平台。在裸焊盘下方的整个区域内要尽可能多地设计一些散热孔,并使这些散热孔以1~1.5mm的间距形成阵列电竞平台。

            结论

            SIMPLE SWITCHER电源??槲Χ愿丛拥牡缭?a href=http://www.pcbvia.com/pcb/ target=_blank class=infotextkey>设计,以及与直流/直流转换器相关的典型的pcb布局提供了替代方案。虽然布局难题已被消除,但仍需完成一些工程设计工作,以便利用良好的旁路和散热设计来优化??樾阅?。

          来源:优化电源??樾阅艿腜CB设计布局技术

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