1.前言

降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（見圖 1）是許多電氣和電子應(yīng)用中非常流行的開關(guān) DC/DC 穩(wěn)壓器拓?fù)?，從云基礎(chǔ)設(shè)施到個(gè)人電子產(chǎn)品再到工廠和樓宇自動化。它們代表了當(dāng)今所有非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涞?75% 以上。

降壓轉(zhuǎn)換器的布局與仿真和設(shè)計(jì)一樣重要，但缺乏良好的布局實(shí)踐可能會阻礙開發(fā)時(shí)間或?qū)е逻\(yùn)行和可靠性問題。

圖 1：同步降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器

布局考慮包括旁路電容器的放置、反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組件、電源組件、寄生組件以及接地回路和連接。

2.旁路電容

對于旁路電容器，重要的是通過最小化旁路環(huán)路面積、縮短高 di/dt（電流壓擺率）路徑的長度、盡可能使用接地層、使電流路徑跨電容器端子并避免多個(gè)布局。旁路電容是可將混有高頻電流和低頻電流的交流電中的高頻成分旁路濾掉的電容。 對于同一個(gè)電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling，也稱退耦）電容是把輸出信號的干擾作為濾除對象。

此外，并聯(lián)不同類型的電容器以降低電容器頻帶的阻抗也很重要，因?yàn)樗梢越档?/span> 2MHz 至 20MHz 頻率范圍內(nèi)的阻抗（典型電容器值為 0.1μF 至 0.01μF）。將電容器拉近集成電路 (IC) 引腳還可以向布局設(shè)計(jì)人員展示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和區(qū)域，如圖 2 所示。

圖 2：指示關(guān)鍵回路區(qū)域的旁路電容器電路連接

3.反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)靠近 IC 誤差放大器放置。放置電阻器，使其直接連接到誤差放大器的反相輸入端（FB 引腳），如圖 3 所示。

圖 3：反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)放置

4.電源組件

確保正確連接功率組件，因?yàn)殡娏髀窂街写嬖诟?/span> di/dt（電流壓擺率），如圖 4 所示。路徑中的任何電感都會導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴，這可能會超過功率 FET 的絕對最大額定值，還會導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波和不需要的噪聲。目標(biāo)是通過使用雙面印刷電路板 (PCB) 安裝來最小化環(huán)路面積，在 PCB 的一側(cè)使用 MOSFET，在另一側(cè)使用電容器。確保相應(yīng)地放置和布線組件。正確的設(shè)計(jì)不需要緩沖電路來減少開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。

圖 4：指示高電流路徑的電源組件連接

5.寄生元件

注意寄生元件，因?yàn)樗鼈儠陔娫粗幸牒驮黾幼杩梗瑥亩鴮?dǎo)致穩(wěn)定性和操作問題。寄生元件是電路中電子元件產(chǎn)生的附加元件，而且多半不是設(shè)計(jì)時(shí)想要的。例如，電阻器被設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生阻抗，然而它實(shí)際也會產(chǎn)生不需要的寄生電容。

注意接線電感，尤其是低阻抗電路和濾波器、電源開關(guān)和定時(shí)電路。使用接地層和寬走線來最小化電感。在電路板電容方面，請注意高阻抗或噪聲敏感電路，并注意電路板平面/層之間以及與元件焊盤之間的耦合。也可能發(fā)生磁耦合，例如，從電感器到電感器，尤其是環(huán)形電感器；在這種情況下，請考慮替代安裝方向。環(huán)路之間也可能發(fā)生磁耦合，因此盡量減少環(huán)路面積并使用接地層。

6.接地回路和連接

無論是串聯(lián)還是并聯(lián)，單點(diǎn)接地都會出現(xiàn)問題，如圖 5 所示。

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)接地可實(shí)現(xiàn)電路之間的低阻抗，以最大限度地減少電位差，同時(shí)還降低了電路走線電感。目標(biāo)是在單個(gè)電路中包含高頻電流并使它們遠(yuǎn)離接地層。

圖 6：多點(diǎn)接地連接

許多降壓轉(zhuǎn)換器控制 IC 識別噪聲和安靜的電路區(qū)域，并且 IC 引腳排列使得 IC 引腳周圍的布局和組件放置更容易。有些甚至為電源和模擬接地提供單獨(dú)的引腳，如圖 7 所示的 TPS40170 60V 同步降壓脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器引腳排列所示。

圖 7：用于模擬和電源連接的降壓控制器 IC 引腳排列

因此，圍繞 IC 引腳布局規(guī)劃布局并使用本文中提到的良好布局實(shí)踐可以幫助我們從一開始就讓降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)正常工作，并避免以后出現(xiàn)任何麻煩。