電路設計專欄 — Buck Part3 電路印刷電路板設計

【請點我參閱 Buck Part1 電路專有名詞】【請點我參閱 Buck Part2 電路零件功能】【請點我參閱 Buck Part4 電路穩定補償】

降壓式直流電源轉換電路可概分為「主電流路徑、Power MOS驅動路徑、敏感訊號、控制訊號」，依據這四種分類進行 Placement & Routing。

降壓式電路

1.) 主電流路徑 (Power Path)
主電流路徑可區分「儲能 Upper MOS ON」、「釋能 Lower MOS ON」，此零件 Placement 強調路徑結構化及舖銅散熱。

1. 儲能：V_IN → L_IN → C_IN → Upper MOS → Phase → L_OUT → V_OUT → GND
2. 釋能：L_OUT → V_OUT & C_OUT → GND → Lower MOS Source + Dead Time Path (Lower MOS Body Diode or Schottky Diode) (+RC Snubber) → Lower MOS Drain → Phase

2.) Power MOS驅動路徑 (Drive Path)
驅動路徑可區分為 Upper MOS & Lower MOS 開關區段路徑。此盡可能走粗線，降低驅動路徑ESL。

1. Upper：Phase → Bootstrap → PWM Gate Drive → Gate Limit R → Upper MOS Gate Pin
2. Lower：PWM Gate Drive → Gate Limit R → Lower MOS Gate Pin

3.) 敏感訊號(Sensitive Path)
敏感路徑包含 Current Sense、Feedback、Compensation，盡可能走細線，Routing 避開主電流路徑、Power MOS 驅動路徑，避免干擾。

4.) 控制訊號(Control circuit / Function Setting)
控制訊號包含 Switching Frequency、Soft Start… 等，注意盡可能與 PWI IC 共用 VCC 與 GND。使其設定與 PWM IC VCC 電壓準位一致。

其它特殊零件擺放，例如分壓電阻，應該擺靠近 PWM IC，詳細請參考 Buck Layout 課程。

Example – Buck Converter Layout

從 Buck Converter Layout 的示意圖可以發現，主電流路徑都適當的鋪銅箔，且其電壓準位 (P_VIN – P_GND) 與 Buck IC 的電壓準位 (A_VIN – A_GND) 分開來。C_IN主要是扮演 Power Stage 的 Input Capacitor 角色；C_BIAS主要是扮演 Buck IC 的 Decoupling Capacitor。且控制功能的零件，例如 Soft-Start Capacitor 與 Buck IC 同電壓準位。在驅動路徑上，因為 High / Low Side Power MOS 內含，所以此處只有看到 Bootstrap (Charge Pump) Capacitor 的路徑走粗線。在敏感路徑上例如迴饋電壓路徑走細線，且繞過 Phase Node (雜訊干擾源之一) 。