正如筆者在第1部分中所提，專用于電源管理的印刷電路板（PCB）面積對系統(tǒng)設(shè)計人員而言是極大的約束。降低轉(zhuǎn)換損耗是一項基本要求，以便能在PCB基板面有限的空間受約束型應(yīng)用中實現(xiàn)緊湊的方案。

在電路板上具有戰(zhàn)略意義的位置靈活部署轉(zhuǎn)換器的能力也很重要 —— 以大電流負載點（POL）模塊為例，處于鄰近負載的最佳位置可降低導(dǎo)通壓降并改善負載瞬態(tài)性能。

作為一個嵌入式POL模塊實施方案，它采用了一個全陶瓷電容器設(shè)計、一個高效屏蔽式電感器、若干垂直堆疊的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、一個電壓模式控制器以及一個具有2盎司覆銅的六層PCB。

本設(shè)計的主要原則是實現(xiàn)高功率密度和低材料清單（BOM）成本。它總共占用的PCB面積為2.2cm2（0.34in2），每單位面積產(chǎn)生的有效電流密度為11.3A/cm2（75A/in2）。3.3V輸出時每單位體積的功率密度為57W/in2（930W/in3）。

為達到高功率密度，通常的做法是增加開關(guān)頻率。相比之下，您可通過具有戰(zhàn)略意義的組件選擇來實現(xiàn)小型化，同時保持300kHz的較低開關(guān)頻率，旨在減少MOSFET開關(guān)損耗和電感器磁芯損耗等與頻率成比例的損失。表1列出了本設(shè)計的基本組件。

表1：POL模塊組件、封裝大小和推薦的焊盤尺寸

高密度PCB設(shè)計的價值主張

顯然，PCB是一個設(shè)計中的重要（有時是最昂貴的）組件。為高密度DC/DC轉(zhuǎn)換器精心策劃并認真實施的PCB布局的價值主張在于：

在空間受限型設(shè)計（縮減的解決方案體積和占位面積）中實現(xiàn)更多的功能。

減小開關(guān)環(huán)路的寄生電感，有助于：

減少功率MOSFET電壓應(yīng)力（開關(guān)節(jié)點電壓尖峰）和鳴響。

降低開關(guān)損耗。

減少電磁干擾（EMI）、磁場耦合和輸出噪聲信號。

額外的容限可確保在輸入軌瞬態(tài)電壓干擾中安然無恙（特別是在寬VIN范圍的應(yīng)用里）。

增加可靠性和穩(wěn)健性（降低組件溫度）。

通過縮小PCB、減少濾波組件并去除緩沖器來節(jié)約成本。

與眾不同的設(shè)計可提供競爭優(yōu)勢、贏得客戶關(guān)注并增加收入。

公平地說，PCB布局可決定一個開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器最終實現(xiàn)的性能。當然，不必花無數(shù)個小時為EMI、噪聲、信號完整性以及與較差布局相關(guān)的其它問題進行調(diào)試，這會讓設(shè)計人員感到非常高興。

原文鏈接：

https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/09/16/high-density-pcb-layout-of-dc-dc-converters-part-2

編輯：jq