德州儀器 同步降壓轉(zhuǎn)換器的布局注意事項(xiàng)

        本文作者:德州儀器       點(diǎn)擊: 2016-12-21 10:55
        前言:
        降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器(見(jiàn)圖1)是一種非常受歡迎的開(kāi)關(guān)DC / DC穩(wěn)壓器拓?fù)洌瑥V泛應(yīng)用于許多電氣和電子,從云基礎(chǔ)設(shè)施到個(gè)人電子產(chǎn)品,再到工廠(chǎng)和樓宇自動(dòng)化。它們占據(jù)了當(dāng)今所有非隔離開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)?5%以上的份額。
         
        降壓轉(zhuǎn)換器的布局與模擬和設(shè)計(jì)一樣重要,但如果缺乏良好的布局實(shí)踐可能會(huì)拖延開(kāi)發(fā)時(shí)間,甚至造成操作和可靠性問(wèn)題。
        同步降壓
         

        圖1:同步降壓DC / DC轉(zhuǎn)換器
         
        布局考慮的因素包括旁路電容器、反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組件、功率組件、寄生組件、接地回路和連接。
         
        旁路電容器
        對(duì)于旁路電容,最小化引線(xiàn)電感很重要,可通過(guò)減小旁路回路面積、縮短高di / dt(電流轉(zhuǎn)換速率)路徑上的長(zhǎng)度、盡可能使用接地層(如可能)、在電容器兩端引入電流路徑、避免多種布局等方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外,并聯(lián)不同的電容器類(lèi)型以降低電容頻帶兩端的阻抗很重要,因?yàn)樗梢园?MHz至20MHz頻率范圍(典型的電容器值為0.1μF至0.01μF)的阻抗降低。牽引電容,使其更靠近集成電路(IC)引腳,還能向布局設(shè)計(jì)者展示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和面積,如圖2所示。
         

        圖2:指示關(guān)鍵環(huán)路面積的旁路電容電路連接
         
        反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
        將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)置于靠近IC誤差放大器的地方。放置電阻,使它們直接連接到誤差放大器(FB引腳)的反相輸入,如圖3所示。
         

        圖3:反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

        布局
        電源組件
        確保正確連接電源組件,因?yàn)殡娏髀窂街杏懈遜i / dt(電流轉(zhuǎn)換速率),如圖4所示。路徑中的任何電感將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴,這可能超過(guò)功率FET的絕對(duì)最大額定值,并且還會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波和不必要的噪聲。目標(biāo)是通過(guò)使用雙面印刷電路板(PCB)的裝配來(lái)最小化回路面積,其中在PCB的一側(cè)上具有MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管),而在另一側(cè)上具有電容器。確保正確地放置和布設(shè)組件。正確的設(shè)計(jì)無(wú)需緩沖電路來(lái)減少開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。
         

        圖4:指示高電流路徑的電源組件連接

        寄生組件
        注意寄生元件,因?yàn)樗鼈兛赡芤氩⒃黾与娫粗械淖杩梗@會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性和操作問(wèn)題。注意接線(xiàn)電感,特別是低阻抗電路和濾波器、電源開(kāi)關(guān)和定時(shí)電路。使用接地層和寬走線(xiàn)以最小化電感。在電路板電容方面,注意高阻抗或噪聲敏感電路,并注意電路板平面/層和組件焊盤(pán)之間的耦合。電感器之間,特別是環(huán)形電感器,也可能發(fā)生磁耦合。這種情況下,請(qǐng)考慮其他安裝方向。磁耦合也可能發(fā)生在環(huán)路之間,因此,應(yīng)最小化環(huán)路面積并使用接地平面。
         
        接地回路和連接
        單點(diǎn)接地存在串聯(lián)或并聯(lián)的問(wèn)題,如圖5所示。
         
                          串聯(lián)                                        并聯(lián)
         
         
        • 簡(jiǎn)單接線(xiàn)
        • 公共阻抗會(huì)導(dǎo)致不同的電位
        • 高頻(> 10kHz)時(shí)的高阻抗 • 復(fù)雜的接線(xiàn)
        • 低頻下的低差分電位
        • 高頻(> 10kHz)時(shí)具有高阻抗
        圖5:串聯(lián)和并聯(lián)單點(diǎn)接地連接

        更好的方法是使用多點(diǎn)接地。如圖6所示,多點(diǎn)接地允許電路之間具有低阻抗,以最小化電位差,并且還減少了電路走線(xiàn)電感。目的是在單個(gè)電路中包含高頻電流,并將其保持在接地平面之外。
         

        圖6:多點(diǎn)接地連接
         
        許多降壓轉(zhuǎn)換器控制IC可識(shí)別噪聲和安靜的電路區(qū)域,并且IC引腳如此排列,使得IC引腳周?chē)牟季趾驮贾酶尤菀住S行┥踔翞殡娫春湍M接地提供單獨(dú)的引腳,如圖7所示的TPS40170 60V同步降壓脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器引腳。
         

        圖7:用于模擬和電源連接的降壓控制器IC引腳

        因此,圍繞IC引腳布局進(jìn)行布局規(guī)劃,并使用本文中提到的布局實(shí)踐可幫助您從一開(kāi)始就獲得正確的降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì),并避免以后出現(xiàn)任何麻煩。查看TI的降壓轉(zhuǎn)換器和降壓控制器選擇表,了解各種降壓DC / DC解決方案。

         

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