1.7串联电容降压变换器的PCB

这一节我们主要介绍是跟

串联电容 Buck 电路的 PCB

有关的一些问题

首先来看我们的主控芯片

TPS54A20 的一个封装

它是采用我们 TI 的 HotRod 的 QFN 封装

那么这种封装就是能够

把我们芯片内部带的 Pin 脚

直接引到我们那个芯片的相应的一个脚上

那么因为 HotRod 的这种封装

它是在我们的芯片的背面

就是它的镀皮下面

都有直接的那个 Pin 脚的

那么从芯片的内部

带到我们这个芯片的焊盘上

它的这个引线变短

那么就可以有效地降低我们整个系统的

杂生的一些参数

包括一些杂生电感

包括一些杂生的电容

同样的话对于我们这个封装来说

我们的 PGND 的那个 Pin 上

也能够直接打一些过孔

那么可以有效地帮助我们这个封装进行散热

左边这个图是我们这个 PCB layout 的

简单的一个示意图

我们可以看到就是左边

我们一般都会放一个输入的电容

那么右边就放了一个串联电容

这个是跟我们整个主功率的一个方向

是有关系的

那么这里我们需要注意的一些原则就是

第一个

输入的电容跟串联电容要尽量地靠近芯片

因为我们的输入电容跟串联电容

它同时就对应着我们在上管开通的时候的

一个纹波电流的滤波

所以这两个电容

加上我们的芯片再回到地之间

会形成一个高频的电流回路

所以说我们尽量要保证

这个高频电流回路要尽量小

那么第二个就是要把

两路高端管子的驱动的

一些自举电容的两个自举电容尽量靠近 IC

也就是能够

让我们的整个的驱动的回路尽量地短

那么第三个特点就是说

尽量地把一些过孔打在 PGND 上

那么这样子就能够让我们的过孔

直接跟我们第二层或者 PGND 相连

就可以很好地把我们芯片上的热

导到我们相应的地平面上去

同时也能够很好地

帮助我们地电流的一个回流

下面我们就来看

我们做了一个 PCB layout 的示例

那么我们看到这个图里面

就是我们整个电路平板的一个布局图

那么从这里布局图里面可以看到

我们的左边就放置了输入电容

那么右边就像我们刚刚建议的

也放了一个串联电容

那么串联电容右边就放了两个输出的电感

那么我们可以看到就是

这个有一个为蓝色的圈

那么蓝色这个圈就代表着

A 相的一个开关的电流回路

那么这个它相对应的是

由我们这个输入的电容

加上 A 相的上管加 A 相的下管

然后就形成了一个高频的电流回路

对于 B 路来说

它所形成的这个电流回路就是

由我们的串联电容

再加上 B 相的上管加上 B 相下管

那么这样子形成一个高频的电流回路

那么对应于我们这个图上就是

这个红色的虚线框所框的一个区域面积

这样做的话就是能够尽量地

让两个高频的电流回路能够做到尽量地小

就有利于降低我们整个高频电路回路

里面的一些杂生的电感

使我们的开关节点的振铃

能够降到一个最低的效果

最后一个就是关于热的效应

大家都比较关心

当我们这个输入电压是 12V 输入

那么输出是 1.2V、10A 的输出的时候

这么大的一个电流

对我们整个的功率及它的热会有多少

下面我们这个图里面给出了

这个热成像的一个答案

我们可以看到就是在常温的时候

我们的电感基本上是不热的

那么最热的地方就是

我们的主控芯片 TPS54A20

因为它集成了我们的

A 相跟 B 相的上管跟下管这四个管子

所以说它里面的损耗相对来说是最集中的

但是从我们的测试结果来看

它最热的热点也并没有超过 67°

所以说从整体的效果来看

我们的热是非常好的

下面我们做了一个尺寸的比较

那么左边是一个 10A 的

Buck 评估板上用的一颗电感

它用的是一个 10×10×4.7 的电感

那么右边是用 TPS54A20 做的一个评估板

那么它也是同样的一个输出电流

但是我们整个平板的尺寸

却只有 16×10×1.85

所以说我们整个平板的尺寸都只有

我们所做对比这个电感尺寸的

大概 1/3 这么大

从这一方面来看

我们的串联电容 Buck 电路对尺寸改善

是非常明显的

最后给大家总结一下

我们今天所讲的主要内容

那么首先第一点我们介绍了

高频化的一个操作

能够给我们开关电源带来哪些好处

比如说降低尺寸

能够改善我们的动态响应

那么第二个我们又提到了

如果用传统的一个 Buck 电路

仅仅是提高开关频率

会给它带来哪些局限性

包括一些更大的开关损耗

包括一些占空比的局限性

那么第三个就是重点介绍了

我们的串联电容 Buck 电路

它适用于这种高频化 Buck 电路的

主要的一些工作模式与特点

最后就给大家介绍了

我们这个高频串联电容 Buck 电路

设计的一些要点

包括一些电容的选择

包括一些频率的选择

以及 PCB 的一些设计的原则

谢谢大家的时间

这一节我们主要介绍是跟

串联电容 Buck 电路的 PCB

有关的一些问题

首先来看我们的主控芯片

TPS54A20 的一个封装

它是采用我们 TI 的 HotRod 的 QFN 封装

那么这种封装就是能够

把我们芯片内部带的 Pin 脚

直接引到我们那个芯片的相应的一个脚上

那么因为 HotRod 的这种封装

它是在我们的芯片的背面

就是它的镀皮下面

都有直接的那个 Pin 脚的

那么从芯片的内部

带到我们这个芯片的焊盘上

它的这个引线变短

那么就可以有效地降低我们整个系统的

杂生的一些参数

包括一些杂生电感

包括一些杂生的电容

同样的话对于我们这个封装来说

我们的 PGND 的那个 Pin 上

也能够直接打一些过孔

那么可以有效地帮助我们这个封装进行散热

左边这个图是我们这个 PCB layout 的

简单的一个示意图

我们可以看到就是左边

我们一般都会放一个输入的电容

那么右边就放了一个串联电容

这个是跟我们整个主功率的一个方向

是有关系的

那么这里我们需要注意的一些原则就是

第一个

输入的电容跟串联电容要尽量地靠近芯片

因为我们的输入电容跟串联电容

它同时就对应着我们在上管开通的时候的

一个纹波电流的滤波

所以这两个电容

加上我们的芯片再回到地之间

会形成一个高频的电流回路

所以说我们尽量要保证

这个高频电流回路要尽量小

那么第二个就是要把

两路高端管子的驱动的

一些自举电容的两个自举电容尽量靠近 IC

也就是能够

让我们的整个的驱动的回路尽量地短

那么第三个特点就是说

尽量地把一些过孔打在 PGND 上

那么这样子就能够让我们的过孔

直接跟我们第二层或者 PGND 相连

就可以很好地把我们芯片上的热

导到我们相应的地平面上去

同时也能够很好地

帮助我们地电流的一个回流

下面我们就来看

我们做了一个 PCB layout 的示例

那么我们看到这个图里面

就是我们整个电路平板的一个布局图

那么从这里布局图里面可以看到

我们的左边就放置了输入电容

那么右边就像我们刚刚建议的

也放了一个串联电容

那么串联电容右边就放了两个输出的电感

那么我们可以看到就是

这个有一个为蓝色的圈

那么蓝色这个圈就代表着

A 相的一个开关的电流回路

那么这个它相对应的是

由我们这个输入的电容

加上 A 相的上管加 A 相的下管

然后就形成了一个高频的电流回路

对于 B 路来说

它所形成的这个电流回路就是

由我们的串联电容

再加上 B 相的上管加上 B 相下管

那么这样子形成一个高频的电流回路

那么对应于我们这个图上就是

这个红色的虚线框所框的一个区域面积

这样做的话就是能够尽量地

让两个高频的电流回路能够做到尽量地小

就有利于降低我们整个高频电路回路

里面的一些杂生的电感

使我们的开关节点的振铃

能够降到一个最低的效果

最后一个就是关于热的效应

大家都比较关心

当我们这个输入电压是 12V 输入

那么输出是 1.2V、10A 的输出的时候

这么大的一个电流

对我们整个的功率及它的热会有多少

下面我们这个图里面给出了

这个热成像的一个答案

我们可以看到就是在常温的时候

我们的电感基本上是不热的

那么最热的地方就是

我们的主控芯片 TPS54A20

因为它集成了我们的

A 相跟 B 相的上管跟下管这四个管子

所以说它里面的损耗相对来说是最集中的

但是从我们的测试结果来看

它最热的热点也并没有超过 67°

所以说从整体的效果来看

我们的热是非常好的

下面我们做了一个尺寸的比较

那么左边是一个 10A 的

Buck 评估板上用的一颗电感

它用的是一个 10×10×4.7 的电感

那么右边是用 TPS54A20 做的一个评估板

那么它也是同样的一个输出电流

但是我们整个平板的尺寸

却只有 16×10×1.85

所以说我们整个平板的尺寸都只有

我们所做对比这个电感尺寸的

大概 1/3 这么大

从这一方面来看

我们的串联电容 Buck 电路对尺寸改善

是非常明显的

最后给大家总结一下

我们今天所讲的主要内容

那么首先第一点我们介绍了

高频化的一个操作

能够给我们开关电源带来哪些好处

比如说降低尺寸

能够改善我们的动态响应

那么第二个我们又提到了

如果用传统的一个 Buck 电路

仅仅是提高开关频率

会给它带来哪些局限性

包括一些更大的开关损耗

包括一些占空比的局限性

那么第三个就是重点介绍了

我们的串联电容 Buck 电路

它适用于这种高频化 Buck 电路的

主要的一些工作模式与特点

最后就给大家介绍了

我们这个高频串联电容 Buck 电路

设计的一些要点

包括一些电容的选择

包括一些频率的选择

以及 PCB 的一些设计的原则

谢谢大家的时间