1、BUCK 변환의 중요 루프 및 중요 노드

어떤 유형의 변환기이든 PCB 레이아웃 설계의 핵심은 회로 시스템의 핵심 회로와 핵심 노드를 찾는 것입니다. 그렇다면 회로 시스템의 핵심 회로와 핵심 노드는 무엇입니까? 일반적으로 전류 변화율 di/dt가 큰 루프와 전압 변화율 dV/dt가 큰 노드는 PCB 레이아웃 설계에서 우선순위를 두어야 하는 핵심 루프이자 핵심 노드입니다.

BUCK 컨버터의 상부 튜브를 켜고 끌 때 각 루프의 전류와 파형이 그림 1에 표시됩니다.

(a)상상형 유동로

（b）上管关断的电流回路

(c) L1 및 L2 노선의 유동형

(d)开关마디SW제작공장

(e)BUCK의 작업 흐름

그림 1: BUCK의 작업장 흐름

L1을 입력 루프라고 하면 L2를 출력 루프라고 합니다. 입력 커패시터의 접지에 대한 하단 튜브의 S 소스를 입력 접지라고 하며, 입력 및 출력 커패시터의 접지에 대한 하단 튜브의 S 소스를 출력 접지라고 합니다. 다음을 확인할 수 있습니다.(1) 현재

1) 입력 접지를 포함한 L1 루프는 펄스 전류 파형입니다. 전류 파형의 앞쪽 가장자리와 뒤쪽 가장자리는 매우 큰 전류 변화율 di/dt를 갖습니다.(2) 전류

2) 출력 접지를 포함한 L2 회로는 직류와 동일하며, 피크 대 피크 값이 더 작은 교번 삼각파가 중첩됩니다. 전류 파형의 앞쪽 가장자리와 뒤쪽 가장자리의 전류 변화율 di/dt가 더 작습니다.

따라서 전류 변화율 di/dt가 매우 큰 입력 루프, 즉 입력 접지를 포함한 L1 루프는 강한 자기장 방출의 간섭 원인이 됩니다.

전압 파형을 보면 입력 전압, 출력 전압, 접지 회로 모두 안정적인 전압을 나타내는 반면, 스위치 노드 SW의 전압은 상부 튜브 개방 과정에서 매우 큰 전압 변화율 dV/dt를 생성합니다. 그리고 강한 전기장 방출의 간섭원인 폐쇄.

2,BUCK 컨버터 PCB의 기본 설계 및 레이아웃 요구 사항

BUCK 컨버터의 작동 원리, 각 루프의 전류 특성 및 스위치 노드의 전압 특성에 따라 BUCK 컨버터 PCB 레이아웃의 기본 원리를 쉽게 얻을 수 있습니다.

(1) 입력 접지를 포함한 입력 루프 L1은 최대한 짧아야 합니다. 즉, 입력 커패시터 CIN의 양극 단자는 상단 튜브의 드레인 D에 최대한 가까워야 하며 접지 단자는 가능한 한 짧아야 합니다. 입력 커패시터 CIN은 하단 튜브의 소스 S에 최대한 가까워야 합니다. 루프의 배선은 루프의 기생 인덕턴스와 자기장 간섭을 줄이기 위해 가능한 한 두꺼워야 합니다.필요한 경우 상부 튜브의 드레인 D와 하부 튜브의 소스 S 사이의 가장 가까운 거리에 소형 디커플링 세라믹 커패시터를 배치합니다.입력 회로는 최대한 짧고 배선이 두껍기 때문에 표류 저항과 전도 손실을 줄일 수 있어 방열에 유리합니다.

(2) 출력 접지를 포함한 출력 루프 L2는 자기장 간섭이 거의 없지만 출력 전류는 일반적으로 상대적으로 큽니다. 루프를 최대한 줄이고, 배선을 최대한 두껍게 하여 표류 저항과 전도 손실을 줄여야 하며, 이는 방열에도 도움이 되며 시스템 효율도 향상시킵니다. 어느 정도 자기장 간섭도 줄어들 수 있습니다.

(3) 스위치 노드(SW)의 면적은 노드의 기생 용량과 전계 간섭을 줄이기 위해 가능한 한 작아야 한다. 그러나 이 노드는 전력 MOSFET의 방열을 강화하기 위해 구리 외피로 포장되어야 합니다. 따라서 방열과 EMI(Electric Field Emission Interference) 설계 간의 균형을 맞춰야 하며, 필요한 경우 전압 변화율을 줄이기 위해 흡수 회로를 추가해야 합니다.

기타 고려 사항은 다음과 같습니다.

(4) 모든 피드백 신호와 아날로그 소신호는 위의 회로와 간섭이 큰 노드로부터 멀리 떨어져 있어야 하며, 가능한 한 얇은 배선을 사용해야 합니다. 제어 IC나 컨버터 아래에는 스위칭 전류가 흐르지 않도록 하십시오. 전류 샘플링 신호는 Kevin에 연결되어야 하며 전류 샘플링 신호의 RC 필터 네트워크는 IC의 핀에 최대한 가까워야 합니다.

图2：电流取样信号

(5) 입력 및 출력 커패시터의 접지는 여러 개의 비아를 통해 바닥 또는 내부 레이어의 접지면에 연결됩니다. 장치 하단에 접지의 전기적 특성을 갖는 구리 스킨이 있는 경우 여러 개의 비아를 통해 하단 또는 내부 레이어의 접지면에 연결하여 방열을 향상시킬 수도 있습니다.

(6) DC 전원 공급 장치와 AC 접지와 동등한 DC 접지는 간섭 신호를 차폐할 수 있으므로 최대한 분리하지 마십시오. 분할이 불가피한 경우 신호 라인의 수와 길이를 최대한 줄이고 AC를 통해 큰 신호 평면에서 작은 신호를 최대한 분리합니다.

(7) 전력 MOSFET의 게이트 구동 루프는 가능한 한 짧게 구성하고 병렬 배선을 사용해야 합니다. 그림 3에서 보듯이 MOSFET의 소스 D와 드레인 S는 가능한 한 구리로 배선됩니다.

(a) 좋은 이익 (b) 불이익 

그림 3: MOSFET의 성능

(8) 2층 보드의 전원 공급 시스템으로, 최상층은 부품 및 전력 루프 층이고, 최하층은 소신호 및 접지면 층입니다. 4층 또는 6층 보드의 경우 다음 방식을 채택할 수 있습니다.

표 1:4层板각각레이어분포

표 2:6层板각각레이어분포

3,BUCK 컨버터의 PCB 설계 레이아웃 예

3.1이산 방식

상단 및 하단 튜브는 개별 전력 MOSFET을 채택했으며 상단 및 하단 튜브의 두 가지 일반적인 레이아웃이 있습니다.

(1) 그림 90와 같이 상부 파이프와 하부 파이프가 수평 및 수직으로 4도 각도를 이룬다.

(2) 그림 5와 같이 상부파이프와 하부파이프가 수평으로 배치된다.

기본 원리는 다음과 같습니다. 먼저 주 전원 회로, 특히 입력 커패시터 및 전력 MOSFET 회로를 배치한 다음 전원 접지와 소신호 접지의 구분을 고려하여 인덕터 및 출력 커패시터 회로를 배치합니다. 마지막으로 소신호 접지 측에 관련 신호 라인을 배치합니다.

(a) 优化布局

(b) 较差布局

4번째：垂直排列分立器件BUCK布局

그림의 두 가지 레이아웃. 그림 4, 그림의 입력 루프와 입력 접지. 4(a)는 그림 4(a)에 비해 훨씬 작다. 그림 4(b)의 레이아웃은 그림 XNUMX(b)와 같습니다. XNUMX(a)가 더 최적화되었습니다.

(a) 顶层布局

(b) 高频电容

(c) 高频电容放置背면底层

图5：수평排列分立器件BUCK布局

그림 5의 레이아웃에서는 Cin이 멀리 떨어져 있고 입력 루프와 입력 접지가 상대적으로 크지만 이 레이아웃은 다중 튜브 병렬 연결에 적합하며 고주파수를 추가하여 BUCK 회로의 전류 루프를 줄일 수 있습니다. PCB 뒷면의 필터 커패시터.

3.2 통합 방식

통합 방식은 상부 튜브와 하부 튜브를 통합하는 BUCK 컨버터 IC를 나타냅니다. 다음 디자인은 일부 제조업체의 장치 데이터 시트에서 권장하는 레이아웃과 일부 고객 엔지니어의 실제 디자인에서 나온 것입니다.

기본 원리는 위와 동일합니다. 먼저 주 전원 회로, 특히 입력 커패시터와 IC 접지 회로를 배치한 다음, 전원 접지와 소신호 접지의 분할을 고려하여 출력 커패시터를 배치합니다. 마지막으로 소신호 접지 측에 관련 신호 라인을 배치합니다.

 (a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

그림 6: SOT23几种PCB布局

그림의 분석방법에 따르면. 4, 그림에서 상부 튜브의 전류 경로를 켜고 끕니다. 6개를 각각 그려서 다음과 같은 사실을 알 수 있다.

(1) 그림의 현재 경로. 6(a)는 IC 하단을 통과하여 아래 입력 커패시터의 접지로 되돌아가야 합니다. 전류 경로가 길고, 전원 접지(IC GND 핀의 왼쪽 상단 영역)와 소형 신호 접지(IC GND 핀의 오른쪽 영역)도 엄격하게 구분되어야 합니다. 장점은 스위치 노드 SW가 최상층의 인덕터에 직접 연결된다는 점이다.

(2) 그림 6(b)의 전류 경로는 가장 짧으며 전원 접지(IC GND 핀의 왼쪽 상단 영역 PGND)와 소형 신호 접지(IC GND 핀의 오른쪽 영역 SGND)가 엄격하게 구분됩니다. 단점은 스위치 노드 SW가 비아홀을 통해 인덕터에 연결된다는 점이다.

그림 7 :SOT23布局2电流路径

(3) 그림에서. 그림 6(c)에서 IC의 오른쪽 핀 근처의 부품, BOOT 핀에 연결된 저항 및 커패시터로 인해 출력 커패시터의 접지가 IC의 GND 핀으로 직접 복귀되지 않습니다. 출력 커패시터의 접지와 IC의 GND 핀 사이를 연결하는 회로는 두 가지가 있습니다. 하나는 IC 하단의 비아홀, 출력 커패시터 접지 근처의 비아홀, 접지면을 통과하는 회로입니다. 하단에 연결 회로를 형성합니다. 다른 하나는 IC 아래에서 IC의 GND 핀으로 감겨진 출력 커패시터의 접지이며, 상단 구리 스킨을 통해 입력 커패시터의 접지입니다.이 레이아웃 설계에서는 전류 경로가 가장 길고, 전원 접지와 소신호 접지가 분할되지 않고, 스위치 노드 SW가 비아홀을 통해 인덕터에 연결되므로 레이아웃 설계가 불량하다.SOT23 장치의 하단에는 전기적 특성이 접지된 구리 스킨이 있습니다. PCB의 해당 패드에는 여러 개의 비아를 배치할 수 있으며, 이는 열 방출을 향상시키기 위해 하단 레이어 또는 내부 레이어의 접지면에 연결할 수 있습니다. 그림 8에서 볼 수 있듯이 허용된 조건에서는 가능한 한 많은 비아를 배치하고 비아의 직경은 납땜 후 주석이 누출되지 않고 주석이 비아를 채울 수 있도록 적절하게 선택해야 합니다.

 그림 8 :다운로드유튜브皮SOT23 PCB布局

그림 9에는 SO8 패키지의 여러 PCB 설계 레이아웃이 나열되어 있습니다. 이해관계자는 위의 방법에 따라 장점과 단점을 분석할 수 있습니다.

(a) 布局1

 (b) 布局2

(c) 布局3

图9：下身有铜皮SO8几种PCB布局

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