電路設計專欄 — Buck Part3 電路印刷電路板設計

發表日期:2014/10/06    本文瀏覽次數:11,329次

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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

buck circuit

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:VIN → LIN → CIN → Upper MOS → Phase → LOUT → VOUT → GND
  2. 釋能:LOUT → VOUT & COUT → 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

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 (PVIN – PGND) 與 Buck IC 的電壓準位 (AVIN – AGND) 分開來。CIN主要是扮演 Power Stage 的 Input Capacitor 角色;CBIAS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) 。

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