介紹幾種DC-DC轉(zhuǎn)換器布局技巧

正確的布局和零件放置對于轉(zhuǎn)換器來說非常重要，這有助于充分發(fā)揮轉(zhuǎn)換器的能力。布局不當(dāng)可能會導(dǎo)致輸出電壓紋波增大、EMI噪聲增大，或者轉(zhuǎn)換器散熱不足，導(dǎo)致溫升異常。

下面介紹幾種DC-DC轉(zhuǎn)換器布局技巧。

一、電流路徑

下圖紅線箭頭顯示轉(zhuǎn)換器的電流路徑。添加輸入和輸出電容（Cin、Co ）的目的是減小輸入電流和輸出電壓紋波。

紅線箭頭顯示轉(zhuǎn)換器的電流路徑

布局的時(shí)候，需要注意以下幾個(gè)點(diǎn)：

1、將Cin 和 Co 放置在靠近轉(zhuǎn)換器的位置，如下圖（a）所示。

將Cin和Co放置在靠近轉(zhuǎn)換器的位置

2、圖（b）顯示輸入電容距離轉(zhuǎn)換器較遠(yuǎn)或者不能放置在同一層，不然會增加輸入電流紋波，導(dǎo)致高輸出紋波噪聲或者轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定。

輸入電容距離轉(zhuǎn)換器較遠(yuǎn)或者不能放置在同一層

3、如果布局路徑轉(zhuǎn)換器和負(fù)載點(diǎn)之間的距離較長，如圖（c）所示，建議在兩端連接電容，以減少電壓紋波。

在兩端連接電容，以減少電壓紋波

二、PCB 布局和走線

適當(dāng)?shù)你~面積有助于轉(zhuǎn)換器通過引腳散熱，而在實(shí)際應(yīng)用中，單層PCB很難實(shí)現(xiàn)足夠的散熱面積。常用的方法是通過多層板來增加PCB面積，并使用通孔進(jìn)行連接。

1、通孔有助于將熱量傳導(dǎo)到其他 PCB 層，下圖（a）是比較合適的布局。

比較合適的布局

2、如果PCB 布局或者走線不足的情況，就會像下圖（b）那樣，轉(zhuǎn)換器無法將熱量散發(fā)到 PCB，因此轉(zhuǎn)換器將在高溫狀態(tài)下工作，可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器損壞。

轉(zhuǎn)換器無法將熱量散發(fā)到 PCB

PCB的載流能力可分為內(nèi)部載流能力和外部載流能力。并且內(nèi)部電路的最大載流能力設(shè)置為外部電路的一半。

下圖是外部和內(nèi)部電路的載流圖。

外部和內(nèi)部電路的載流圖

另外，還可以使用下面的公式來計(jì)算 PCB布局走線。

計(jì)算 PCB布局走線

K：修正系數(shù)，內(nèi)部：0.024；外部：0.048。

△T：PCB溫升（℃）

A: PCB 截面積 (mil 2 )

I：最大載流量（A）

假設(shè)電流為1A，PCB厚度為1oz/ft 2，溫升為10℃。結(jié)果是，內(nèi)層需要3080萬。對于外層，需要1180萬。如上圖所示，同等條件下，外層需要17mil。內(nèi)層需要44mil，建議使用更寬的值。

三、EMI 器件的放置

EMI 分為傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲。傳導(dǎo)噪聲是指通過電線/PCB走線傳導(dǎo)的噪聲。輻射噪聲是指向區(qū)域發(fā)射（輻射）的噪聲。轉(zhuǎn)換器的Datasheet上會有EMI的外部電路。PI濾波器、共模濾波器、共模扼流圈和安全電容是解決EMI的最常見方法，選擇正確的零件非常重要，此外，放置和布局通常會影響EMI結(jié)果。下面介紹一些EMI外圍電路的布局方法。

1、PI過濾器

PI 濾波器是 EMI 常見的外圍電路之一，由電感和電容組成。推薦的布局如下圖（a）所示，避免不必要的噪音干擾。

推薦的布局

如圖（b），不要在電感正下方布線。

不要在電感正下方布線

2、共模扼流濾波器

當(dāng)共模電流（ICM）流入時(shí)，ICM 方向相同，磁通量增強(qiáng)，共模電感的電感增大，從而抑制共模電流，當(dāng)差模電流（IDM）流入時(shí)，兩側(cè)共模電流方向相反，磁通抵消，I DM直接通過。

共模扼流濾波器

下圖（a）顯示了CMC 濾波器的推薦 PCB 布局，不要直接在 CMC 濾波器下方接線。

不要直接在 CMC 濾波器下方接線

如下圖（b）所示，不要跨過CMC濾波器的輸出側(cè)。

不要跨過CMC濾波器的輸出側(cè)

或者輸入輸出不要太近，以免降低抑制能力，如下圖（c）所示。

輸入輸出不要太近，以免降低抑制能力

3、安規(guī)電容

安全電容是指電容失效后不會引起觸電，包括X和Y電容。X電容跨接在電源線的兩條線上。X電容可以抑制差模干擾，常用于AC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。Y電容可以抑制共模干擾，通?？缃釉谵D(zhuǎn)換器的初級和次級之間，目的是為次級共模電流提供到初級側(cè)的電流環(huán)境，減少共模電流對輸出側(cè)的影響，如下圖所示。

安規(guī)電容

圖(a) 顯示了 Y 電容的推薦布局。需要確認(rèn)電容的隔離電壓高于實(shí)際應(yīng)用。否則會損壞Y電容。

Y 電容的推薦布局

因此，如果隔離電壓要求較高，初級和次級走線不宜太近，如圖(b)。并且，如果轉(zhuǎn)換器外殼是金屬的，則 Y 電容不應(yīng)距離轉(zhuǎn)換器太近，以免隔離距離不足。

Y 電容不應(yīng)距離轉(zhuǎn)換器太近，以免隔離距離不足

4、磚型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的布局技巧

普通轉(zhuǎn)爐與磚式轉(zhuǎn)爐最大的區(qū)別是磚式轉(zhuǎn)爐有鋁底板。因此，EMI的解決方案與一般的解決方案略有不同。

在轉(zhuǎn)換器同一層，預(yù)留與轉(zhuǎn)換器相同尺寸的 PCB 區(qū)域，并連接到底板螺孔，如下圖

不建議將底板連接到系統(tǒng)接地，除非產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中有說明

為了獲得更好的工作溫度，鋁基板可以通過隔離導(dǎo)熱墊連接到系統(tǒng)外殼

輸入和輸出引腳連接到鋁基板的 Y 電容，以獲得更好的 EMI 性能

將 Y 電容盡可能靠近輸入或輸出引腳連接，如下圖

磚型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的布局技巧

結(jié)論

適當(dāng)?shù)牟季钟兄谔岣咿D(zhuǎn)換器的性能，但每種設(shè)計(jì)都有自己的要求，大家可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，調(diào)整自己的布局。