仔细的 PCB 布局对于实现低 EMI、稳定的供电运行以及出色的效率都至关重要。使高频电流环路尽可能小,并遵循以下优秀布局实践指南:
- 对于大功率电路板设计,应至少使用具有 2oz 或更厚铜平面的 4 层 PCB。让第一个内层成为与安装功率元件的顶层相邻的接地平面,并将第二个内层用于包括电流检测、栅极驱动、命令等在内的关键控制信号。信号层和顶层之间的接地平面有助于屏蔽顶层的开关噪声,使其不影响控制信号。
- 在进行任何布线之前,优化元件的位置和方向。放置功率元件时,应确保端口间的功率流简单直接且距离较短。避免功率流路径在电路板上出现锯齿形。
- 识别高频交流电流环路。在双向转换器中,每个通道的交流电流环路沿着 HV 端口电压轨电容器、高侧 MOSFET、低侧 MOSFET 的路径,然后回到 HV 端口电压轨电容器的回路上。放置这些元件时,要使电流路径较短且直接,并尽可能减小环路所包围的特殊区域。
- 在 CH-1 和 CH-2 之间对称放置电源电路。在 CH-1 和 CH-2 之间均匀分配 HV 端口电压轨电容器和 LV 端口电压轨电容器。
- 如果在同一 PCB 上为多相使用多个 LM5171,应以类似布局放置每个 LM5171 的电路。
- 为电源电路使用充足的铜,从而更大限度地降低大电流 PCB 布线的导通损耗。充足的铜还有助于消散功率元件(尤其是功率电感器、功率 MOSFET 和电流检测电阻器)产生的热量。但是,要注意开关节点的多边形,它连接高侧 MOSFET 源极、低侧 MOSFET 漏极、功率电感器和控制器 SW 引脚。开关节点多边形在开关操作期间会出现高 dv/dt。为了更大限度减少开关节点多边形产生的 EMI 辐射,请确保其尺寸足以传导开关电流,但不会过大。
- 使用适当数量的过孔将电流传导到内层以及通过内层散热。
- 始终将电源地与模拟地分开,并在 PGND 引脚的位置针对电源地、模拟地和 EP 焊盘进行单点连接。
- 使用开尔文检测技术直接跨电流检测电阻器进行每对 CSA 和 CSB 线路的布线,从而更大限度地降低电流检测误差。为实现良好的抗噪性,这对布线必须紧密并排布放。
- 在布线时使 CS、FBLV、FBHV、IPK、VSET、IMON、COMP 和 OVP 引脚的敏感模拟信号远离高速开关节点(HB、HO、LO 和 SW)。
- 紧密并排布放配对的栅极驱动线路,即 HO1 和 SW1、HO2 和 SW2、LO1 和回路以及 LO2 和回路等线对。对称布放 CH-1 和 CH-2 的栅极驱动线路。
- 将器件的设置、编程和控制元件尽可能靠近相应的引脚放置,包括以下元件:ROSC、RCFG、RDT、CCOMP1、RCOMP2、CCOMP1、CCOPM2、CHF1、CHF2、RHVC、RLVC、CHVC、CLVC、CHVHF 和 CLVHF。
- 将旁路电容器尽可能靠近相应的引脚放置,包括 CHV、CVCC、CVDD、CVREF、CVSET、CHB1、CHB2、COVP、CIPK、CISET、CCS1、CCS2 以及 100pF 电流检测共模旁路电容器。
- 为每层覆铜以覆盖空白区域,从而获得最佳热性能。
- 根据系统要求,在必要时向元件添加散热器。