一种适用于大电流输出的转换电路的pcb布板方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法，尤其适用于采用同步BUCK电路的大电流输出电源，属于电力电子变换领域。实现该PCB布板方法的电路包括两个电流环路，环路1由输入滤波电容Cin、上端场效应管Q1、下端场效应管Q2组成，环路2由下端场效应管Q2、输出电感Lout、输出电容Cout组成；该该法通过减小环路1和环路2的环路面积实现PCB布板；使大电流输出的转换电路在大电流输出时，减小两个环路的面积，既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件采用同层布局利于热传导散热。
【专利说明】
一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种PCB布板方法，是涉及一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法。
【背景技术】
[0002]在低电压、大电流输出的应用中，同步BUCK电路通常采用多个功率器件并联的方式来分散器件损耗，达到良好的热设计和提高可靠性的目的。由于电路中流过的是高频高峰值的电流，不合理的PCB布板方法会对电源本身和周边电路造成很大的电磁噪音干扰，影响后级设备的正常工作。而且多器件并联的方式必须避免PCB布线时因阻抗不同而导致并联器件不均流，影响变换器的可靠性。
【发明内容】
[0003]本发明主要针对现有技术中在低电压、大电流输出应用中的电路面临的布线问题，提供一种新的一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法，该方法既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件同层布局利于热传导散热。
[0004]本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法，其特点是:实现该PCB布板方法的电路包括两个电流环路，环路I由输入滤波电容Cin、上端场效应管Q1、下端场效应管Q2组成，环路2由下端场效应管Q2、输出电感Lout、输出电容Cout组成;该该法通过减小环路I和环路2的环路面积实现PCB布板;使大电流输出的转换电路在大电流输出时，既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件采用同层布局利于热传导散热。
[0005]本发明所述的PCB布板方法，其进一步优选的技术方案是:PCB采用6层板;顶层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、靠近输出端子的输出滤波电容Cout及驱动电路；顶层为信号布线层，中间第I层、中间第2层走线为功率地，中间第3层、中间第4层、底层走线为输入正和输出正;底层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、多颗并联布板的上端场效应管Q1、多颗并联布板的下端场效应管Q2、多颗并联布板的输出功率电感Lout、靠近输出端子的输出滤波电容Cout;输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接，上端场效应管Ql的源极与下端场效应管Q2的漏极和输出功率电感Lout之间的连接点通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout和输出滤波电容Cout之间用大面积覆铜层的走线连接。
[0006]本发明所述的PCB布板方法，其进一步优选的技术方案是:输入滤波电容Cin置于顶层和底层靠近输入正负端，输出滤波电容Cout置于顶层和底层靠近输出正负端，滤波电容的正负端通过焊盘过孔与中间层连接，降低了滤波电容的ESL;驱动电路置于上端场效应管Ql、下端场效应管Q2正上方的印制板顶层输入滤波电容Cin与输出滤波电容Cout之间，使驱动线路最短、驱动环路最小;上端场效应管Ql和下端场效应管Q2为多颗并排安装，输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接并通过焊盘过孔与中间I层、中间2层和顶层的输入地连接，上端场效应管Ql的漏极通过焊盘过孔与中间层连接到输入正，降低了输入滤波电容Cin、上端场效应管Ql与下端场效应管Q2组成的环路面积及产生的高频干扰;输出功率电感Lout为多颗并排安装，输出功率电感Lout输入端与上端场效应管Ql的源极和下端场效应管Q2的漏极通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout输出端通过焊盘过孔穿过中间层与输出滤波电容Cout和输出正连接，降低了输出功率电感Lout、下端场效应管Q2与输出滤波电容Cout组成的环路面积及产生的高频干扰。
[0007]本发明所述的PCB布板方法，其进一步优选的技术方案是:上端场效应管Ql与下端场效应管Q2为相同数量多颗并联布板，其封装为PG-TDS0N-8或PoWerFLATTM(8X8)，其热量通过导热填隙材料传导至壳体;输出功率电感Lout为多颗并联的表贴式功率电感紧贴壳体散热;上端场效应管Q1、下端场效应管Q2、输出功率电感Lout采用多颗并联布板且外围PCB走线相同，线路阻抗一致。
[0008]本发明所述的PCB布板方法，其进一步优选的技术方案是:所述的大电流输出的转换电路为同步BUCK电路。
[0009]与现有技术相比，本发明一种适用于同步BUCK电路的PCB布板方法，减小两个环路的面积，既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件同层布局利于热传导散热。
[0010]进一步地，PCB采用6层板，Cin与Ql的漏极通过大片覆铜层连接，Cin与Q2的源极通过大片覆铜层连接，因此Cin不会因线路太长而产生较大的ESL而降低其高频滤波能力。Ql的源极与Q2的漏极和Lout之间的连接点上是高频高峰值的电流波形，通过大片覆铜层连接Ql、Q2、Lout的公共端使Q1、Q2、Lout靠得最近，降低高频噪音对控制电路的干扰。大面积覆铜层的走线降低了直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高。
【附图说明】
[0011]图1为实现本发明方法的一种电路示意图；
图2为本发明PCB布板方法的电路布板剖视示意图；
图3为本发明PCB布板方法的顶层电路布板视示意图；
图4为本发明PCB布板方法的底层电路布板视示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图，对本发明方法进行具体的说明，以使本技术领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对本发明权利的限制。
[0013]实施例1，参照图1一4，一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法，实现该PCB布板方法的电路包括两个电流环路，环路I由输入滤波电容Cin、上端场效应管Q1、下端场效应管Q2组成，环路2由下端场效应管Q2、输出电感Lout、输出电容Cout组成;该该法通过减小环路I和环路2的环路面积实现PCB布板;使大电流输出的转换电路在大电流输出时，既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件采用同层布局利于热传导散热。
[0014]实施例2，实施例1所述的PCB布板方法中:所述的大电流输出的转换电路为同步BUCK电路。
[0015]实施例3，实施例1或2所述的PCB布板方法中:PCB采用6层板;顶层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、靠近输出端子的输出滤波电容Cout及驱动电路;顶层为信号布线层，中间第I层、中间第2层走线为功率地，中间第3层、中间第4层、底层走线为输入正和输出正;底层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、多颗并联布板的上端场效应管Q1、多颗并联布板的下端场效应管Q2、多颗并联布板的输出功率电感Lout、靠近输出端子的输出滤波电容Cout;输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接，上端场效应管Ql的源极与下端场效应管Q2的漏极和输出功率电感Lout之间的连接点通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout和输出滤波电容Cout之间用大面积覆铜层的走线连接。
[0016]实施例4，实施例3所述的PCB布板方法中:输入滤波电容Cin置于顶层和底层靠近输入正负端，输出滤波电容Cout置于顶层和底层靠近输出正负端，滤波电容的正负端通过焊盘过孔与中间层连接，降低了滤波电容的ESL;驱动电路置于上端场效应管Q1、下端场效应管Q2正上方的印制板顶层输入滤波电容Cin与输出滤波电容Cout之间，使驱动线路最短、驱动环路最小；上端场效应管Ql和下端场效应管Q2为多颗并排安装，输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接并通过焊盘过孔与中间I层、中间2层和顶层的输入地连接，上端场效应管Ql的漏极通过焊盘过孔与中间层连接到输入正，降低了输入滤波电容Cin、上端场效应管Ql与下端场效应管Q2组成的环路面积及产生的高频干扰;输出功率电感Lout为多颗并排安装，输出功率电感Lout输入端与上端场效应管Ql的源极和下端场效应管Q2的漏极通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout输出端通过焊盘过孔穿过中间层与输出滤波电容Cout和输出正连接，降低了输出功率电感Lout、下端场效应管Q2与输出滤波电容Cout组成的环路面积及产生的高频干扰。
[0017]实施例5，实施例3或4所述的PCB布板方法中:上端场效应管Ql与下端场效应管Q2为相同数量多颗并联布板，其封装为PG-TDS0N-8或PowerFLATTM(8X8)，其热量通过导热填隙材料传导至壳体;输出功率电感Lout为多颗并联的表贴式功率电感紧贴壳体散热；上端场效应管Ql、下端场效应管Q2、输出功率电感Lout采用多颗并联布板且外围PCB走线相同，线路阻抗一致。
[0018]实施例6，一种适用于同步BUCK电路的PCB布板方法:PCB为6层板；图2中，顶层为信号布线层，中间I层、中间2层为同步BUCK电路的功率地层，Cin的正端为电路的输入正，Cout的正端为电路的输出正。Cin的正端通过过孔穿过顶层、中间I层、中间2层后连接中间3层、中间4层和底层与Ql的漏极连接，Ql的源极和Q2的漏极在底层短接，Q2的源极通过过孔穿过底层、中间4层、中间3层后与中间2层、中间I层、顶层连接到功率地，形成环路I，环路I仅在中间3层与中间2层存在，因此环路I的面积非常小。Ql的源极和Q2的漏极在底层的连接点与Lout通过过孔与中间4层、中间3层形成公共连接端，Lout通过过孔穿过中间2层、中间I层、顶层连接到Cout的正端为电源的输出正，与功率地形成环路2，与环路I相同，环路2的面积也非常小。所有层均按图3 — 4所示按PCB幅面大小进行大面积覆铜，降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，大面覆铜也有利于发热元器件的散热，将热量通过过孔传导至底层元器件通过壳体散热。图2所示的输入滤波电容Cin、输出滤波电容Cout为发热量较少的元器件，放置于印制板顶层，其热量通过焊盘和连接中间各层到底层的过孔传导至底层元器件经壳体散热。上端场效应管Q1、下端场效应管Q2、输出电感Lout为发热量大的元器件，置于印制板底层通过导热填隙材料紧贴壳体将热量传导至壳体散热。图3 — 4所示的Q1、Q2多颗并联使用，满足大电流输出的要求，Q1、Q2均匀分布在印制板底层，保证了各功率管相同的PCB线路阻抗和散热面，保障功率管均流工作。
【主权项】
1.一种适用于大电流输出的转换电路的PCB布板方法，其特征在于:实现该PCB布板方法的电路包括两个电流环路，环路I由输入滤波电容Cin、上端场效应管Q1、下端场效应管Q2组成，环路2由下端场效应管Q2、输出电感Lout、输出电容Cout组成；该该法通过减小环路I和环路2的环路面积实现PCB布板;使大电流输出的转换电路在大电流输出时，既降低线路产生的电磁噪音对控制电路的干扰，又降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高，同时功率器件采用同层布局利于热传导散热。2.根据权利要求1所述的PCB布板方法，其特征在于:PCB采用6层板;顶层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、靠近输出端子的输出滤波电容Cout及驱动电路;顶层为信号布线层，中间第I层、中间第2层走线为功率地，中间第3层、中间第4层、底层走线为输入正和输出正;底层元器件为靠近输入端子的输入滤波电容Cin、多颗并联布板的上端场效应管Q1、多颗并联布板的下端场效应管Q2、多颗并联布板的输出功率电感Lout、靠近输出端子的输出滤波电容Cout;输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接，上端场效应管Ql的源极与下端场效应管Q2的漏极和输出功率电感Lout之间的连接点通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout和输出滤波电容Cout之间用大面积覆铜层的走线连接。3.根据权利要求2所述的PCB布板方法，其特征在于:输入滤波电容Cin置于顶层和底层靠近输入正负端，输出滤波电容Cout置于顶层和底层靠近输出正负端，滤波电容的正负端通过焊盘过孔与中间层连接，降低了滤波电容的ESL;驱动电路置于上端场效应管Q1、下端场效应管Q2正上方的印制板顶层输入滤波电容Cin与输出滤波电容Cout之间，使驱动线路最短、驱动环路最小；上端场效应管Ql和下端场效应管Q2为多颗并排安装，输入滤波电容Cin与上端场效应管Ql的漏极通过大片覆铜层连接，输入滤波电容Cin与下端场效应管Q2的源极通过大片覆铜层连接并通过焊盘过孔与中间I层、中间2层和顶层的输入地连接，上端场效应管Ql的漏极通过焊盘过孔与中间层连接到输入正，降低了输入滤波电容Cin、上端场效应管Ql与下端场效应管Q2组成的环路面积及产生的高频干扰;输出功率电感Lout为多颗并排安装，输出功率电感Lout输入端与上端场效应管Ql的源极和下端场效应管Q2的漏极通过大片覆铜层连接，输出功率电感Lout输出端通过焊盘过孔穿过中间层与输出滤波电容Cout和输出正连接，降低了输出功率电感Lout、下端场效应管Q2与输出滤波电容Cout组成的环路面积及产生的高频干扰。4.根据权利要求2所述的PCB布板方法，其特征在于:上端场效应管Ql与下端场效应管Q2为相同数量多颗并联布板，其封装为PG-TDS0N-8或PowerFLATTM(8 X 8)，其热量通过导热填隙材料传导至壳体;输出功率电感Lout为多颗并联的表贴式功率电感紧贴壳体散热；上端场效应管Ql、下端场效应管Q2、输出功率电感Lout采用多颗并联布板且外围PCB走线相同，线路阻抗一致。5.根据权利要求1一4中任何一项所述的PCB布板方法，其特征在于，所述的大电流输出的转换电路为同步BUCK电路。
【文档编号】H05K1/18GK105932874SQ201610384906
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】刘传亮, 肖化, 张敏, 孙涛, 杨帆, 朱艳婷, 马德宝, 朱刘英, 杨涛, 郝英杰, 阳良春
【申请人】连云港杰瑞电子有限公司