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优化电源模块性能的PCB布局技术

2010-12-22 16:05
铁马老言
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  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,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电源模块性能的最佳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。虽然在电源模块中这些环路区域基本看不见,但是了解这两个环路各自的电流路径仍很重要,因为它们会延至模块以外。在图1所示的环路1中,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),最后返回输入旁路电容器。

  

  图1 电源模块中环路示意图

  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。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),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,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。鉴于上述原因,在模块上输入和输出电容器应该尽量靠近各自的VIN和VOUT引脚放置。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,即可将这些连接产生的电感降至最低。

  

  图2 SIMPLE SWITCHER环路

  将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。这将确保模块具有良好的高频旁路,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,确保其正常操作。第二,最大化降低EMI

 

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