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[参考译文] TPS564247:tps564247 降压转换器+接地布局的布局检查

Guru**** 2460850 points


请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1545464/tps564247-layout-check-for-tps564247-buck-converter-ground-layout

器件型号:TPS564247


工具/软件:

您好:

请查看我建议的布局:

布局 1: https://imgur.com/KosJpPj

布局 2: https://imgur.com/KmwgNLv

在布局 1 中、大聚合物电容器与其他并联陶瓷电容器的方向不同、因此它与它们共用+端子、但其接地位于另一侧。 但布局 2 的所有方向都相同。

并联电容非常靠近电感器和稳压器芯片接地引脚、如图所示。

在 15V 输入功率下、输入电容器也面向其正极焊盘一起、但由于空间小、其接地侧向。 我可以解决这个 问题、但如果可以、我更喜欢。

在有效电容、输入电容、我也添加了大输入 CLC 滤波器、我通过 2 个 MOSFET 添加了输出保护和反向阻断等方面、一切都做得很正确。 因此、只有布局才是我需要帮助的方面。

另一个重要问题是输出连接器的接地引脚... 由于空间的原因、它们可能不会直接连接到右侧稳压器。 但是、在这些接地引脚以及输出电容器和芯片周围会有大量过孔、以确保非常平滑的接地。

设计为 4 层、最后 3 层是实心接地覆铜。

我想两个稳压器的环路都良好且短路、但输出的接地引脚和源极接地引脚不是很接近... 这会是个问题吗? 我的意思是、有很多接地覆铜和东西...

请检查并提供建议。

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    您好、

    我们将审查布局

    此致、

    Manish

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    您好:

    感谢您的关注。 我正在等待、我想开始布线、因此如果您可以先检查布局、这一点很有把握。

    两种布局的最大区别在于大写方向。

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    您好、

    如果可能、您能否共享布局的.brd 或.pcb 文件?

    此致、

    Manish

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    你好

    我仍然没有开始布线、只是元件放置。 我只需要您现在验证元件放置。

    至于布线、我将使用多边形对电源输入和输出进行布线、并像任何其他专业设计一样将多个过孔接地。 面对面的帽子不是一个问题,但我想问。 请查看我发布的图片、了解电流方向以及电容器+和 — 端子方向。

    我也使用 kicad、所以我认为它不支持这些格式、也不是我在这里提到的必要格式。

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    您好、

    按预期放置效果良好、但请遵循布局指南 、此外、请保持输入和输出侧环路较小。

    此致、

    Manish

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    你好

    因此、对于布局 1、采用较小的并联电容器时、大输出电容器是可以的?  

    我的意思是他们的积极一面面对着一起、但他们的立场是相反的一面。  

    所有引脚(两侧)都有很多接地过孔、因此可以将电流旁路至内部 3 个接地平面。

    完成后、我会立即更新您的布局。 但环路会尽可能小。 检查图像并查看循环是否需要其他任何内容。

    谢谢  

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    Manish Gautam 

    我为右侧稳压器做了布局: https://imgur.com/a/z8BS2z3

    请检查。 将会进行更多的改进、但现在应该明确放置和带环路的初始布线。

    你怎么看?

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    您好、

    电容器放置在 Layout1 中是可以接受的。

    此致、

    Manish

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    您好、

    按放置方式布局看起来不错、环路也很小、因此您可以继续。  

    此致、

    Manish

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    你好

    感谢您的反馈

    Layout1 和 layout2 之间的线性输出、哪项最合适?  

    对于 Layout1、您可以提及的任何提示或添加或修改以增强它?

    谢谢  

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    您好、

    您可以继续使用布局 1、并根据数据表遵循布局指南。

    此致、

    Manish  

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    您好:

    好的、我将遵循 Layout1 和指南。

    但是、对于输入电容器、我使用了大约 4 个 10U 0805 MLCC 电容器、在 15V 输入电压下有效电容约为 6uF。  

    现在、右侧稳压器附近有一个大型聚合物电容器、可被视为大容量电容器、但它们不靠近左侧稳压器、距离约为 20mm。  

    我是否应该在两个稳压器中增加更多的局部大容量电容?  

    空间非常小、我只能添加一个 MLCC、它将总有效电容提升到 7.5uF、或来自 Panasonic 的该钽聚合物电容器: https://industrial.panasonic.com/sa/products/pt/POSCAP/models/25TQC22MYFB

    它在 100kHz 时具有大约 100m Ω 的 ESR(图中显示它有点小)、不是很小、也不是很高。 将其添加到非常靠近陶瓷输入电容器的位置是否会产生影响? 此外、在大型 EMI 输入滤波器之后、是否还需要这样做?

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    也许我忘记提到、但我在两个稳压器的输入端都有一个简单的 π 型滤波器... 它有 220uF -> 10uH ->(220uF || 220uF)。 电感器约为 10m Ω DCR 和电容器是 20m Ω 至 30m Ω ESR 聚合物。 但我通常只有 3 个聚合物电容器。

    我主要是通过添加这一特性来滤除轻量级电源模块 (15V) 输入产生的任何低频纹波、从而使开关更容易产生低纹波。

    这种行为合适吗? 任何问题?

    开关的本地滤波是 4x10uF 0805 陶瓷与 100nF 0402... 约 6 μ F 的有效电容。 我想改用 22uF、从而使用 6x 22uF 0805 陶瓷电容器提供大约 19uF 至 20uF 的有效电容。

    请查看此内容

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    您好、

    请遵循我们在数据表中建议的器件原理图以及我们数据表中使用的原理图、请增大输入和输出电容器的值。 关于电容器的 ESR、 这取决于具体应用。

    此致、

    Manish

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    您好:

    我已经遵循了数据表建议、并使用了在输出电容器范围内的已批准值。

    但是、对于输入电容器、数据表规定至少为 10 μ F、具有 100nF 的小电容。 我不止此、建议添加更多的有效电容(总电容为 19uF 至 20uF)、而不是像以前那样仅添加 6uF。

    输入纹波约为 200mV p-p、我认为它太大。 我想通过将输入电容器增加到 6x 22u 0805(有效值 19uF 至 20uF)、并使用由 220uF + 10uH + 2x220uF 聚合物电容器和电感器组成的大 C-L-C 滤波器来尽可能地减少该干扰。

    我想知道这个输入滤波器是否可以确保非常低的输入纹波以使输出纹波也很小。 我的输入纹波类型是低频、这就是为什么我要使用 10uH 电感器和大聚合物电容器来对其进行滤波的原因。  

    请提供详细建议

    谢谢!

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    您好、

    请共享您的原理图文件。

    此致、

    Manish

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    你好

    我将在我下班后发送它、但基本上是这样:

    电源为 15V 电源模块。  

    15V 后、进入 π 型滤波器、即 220uF 电容器-> 10uH 电感器-> 2x220uF 电容器。

    π 型滤波器的输出是两个开关的输入…… 进入每个开关的本地输入电容器、即 6x 22uF 0805 陶瓷|| 100nF 0402 电容器。

    π 型滤波电容器是 220 μ F 聚合物、ESR 为 20-30m Ω。 我担心 CLC 滤波器需要阻尼、而我不想这么做、我可以将 6x 22uF 电容器之一替换为上述 Panasonic POSCAP 钽电容器、它具有相对较高的 ESR(80-100m Ω)、有助于进行阻尼、还会增加本地输入电容。 想听听你对此的看法。

    输出滤波器很好、无需担心它们。

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    您好、

    请分享您的完整原理图和 BOM 详细信息、然后我能够对阻尼进行评论。

    此致、

    Manish

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    你好

    这是原理图: https://imgur.com/a/6lByV6l (抱歉,无法在这里发布完整内容,但这足以满足我们的需求)

    物料清单:

    电感器 10uH: https://lcsc.com/product-detail/power-inductors_tai-tech-tmpa0605s-100mn-d_C2880077.html

    220uF 聚合物电容器: https://lcsc.com/product-detail/Solid-Capacitors_AISHI-Aihua-Group-SPZ1EM221F11O00RAXXX_C160181.html

    22uF 0805 陶瓷电容器(6 个并联): https://product.samsungsem.com/mlcc/CL21A226MAYNNN.do

    22 μ F 陶瓷电容器之一可替换为: https://industrial.panasonic.com/ww/products/pt/poscap/models/25TQC15MYFB 、它具有 100m Ω ESR、是固体钽聚合物。

    其余的都和我一样。

    感谢您的友好帮助

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    您好、

    目前我正在仿真具有 15V 输入电压的 π 型滤波器和 6 * 22uf 电容器。  

    此致、

    Manish

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    您好、

    我对电路进行激励并在此处附上图。 请查看图。

    e2e.ti.com/.../Plot.pdfe2e.ti.com/.../7462.Circuit.pdf

    此致、

    Manish

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    你好

    感谢您的广泛努力。

    我注意到您添加了 60m 和 100m 的外部电阻器、您这样做是为了模拟电容器的 ESR 吗?

    如果是这样、这里的 100M 是不正确的、因为所有 22uF 都是具有非常低 ESR 的陶瓷电容器。 到 100m 时、我意味着我可以将一个 22uF 陶瓷电容器替换为 Panasonic PosCAP、即 15uF 和 100m ESR。

    所以,如果我保持 22u 或有 POSCAP 在它的位置,它会是好的和稳定? 您建议我继续吗?

    原始电源模块是 15V 来源、我想其开关频率约为 130kHz 或略低(未验证)、这可能会影响 EMI 滤波器?

    我对您在仿真中的最终纹波感兴趣、这是什么? 假设原始电压为 200mV p-p。对于 EMI 滤波器、它是否会对最终输出产生负面影响? 我的意思是电感器减慢响应速度等 、再次感谢您!!

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    您好、

    是的、我正在为 ESR 添加额外的电阻器、我只检查了阻尼。

    我正在共享 simpleis 文件、请根据您的情况进行仿真。

    e2e.ti.com/.../customer.sxsch

    此致、

    Manish

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    您好:

    我尝试通过添加与电容器串联的 ESR 并补偿陶瓷降额等来修改电路、使其更加真实 我制作了两个版本:一个是常规 22uF 版本,另一个是 POSCAP 版本,如下所示:

    所有陶瓷电路: files.catbox.moe/7iae7f.pdf
    钽电路的钽电容器: files.catbox.moe/kgzife.pdf
    其中包含钽电容器图: files.catbox.moe/c4yzui.pdf

    看起来阻尼应该正常、尽管软件没有真正显示太多信息、因此我无法验证它是否会像真实的电路。

    但是、我尝试通过使用脉冲或正弦来修改源以模拟 200mV p-p 纹波、但结果并不理想。 它显示了流向输出的纹波。

    你可以自己尝试,因为你知道更好地使用这个软件吗? 下面是我的模板后的文件:  

    如果软件对于不需要阻尼是正确的、那么我们如何验证所需的纹波降低?
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    您好、

    由于限制、我无法打开此链接。

    此致、

    Manish

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    e2e.ti.com/.../emi-filter-files.zip

    您好:

    我在这里添加了链接作为附件。 请检查。

    谢谢  

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    尊敬的 Hossam:

    我看到仿真、根据仿真数据、应该可以正常工作、但 200mVp-p 纹波非常高。 您是否确定输入电压的纹波为 200mV P-P 请确认一次、然后您可以继续使用此电路。

    此致、

    Manish

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    您好:

    我有不同的测量值、但一位工程师在他的设置中试过、测量值为 200mV、而我测试了类似的测量值、但测量值要少得多。

    Meanwell 的官方数据表显示、使用 0.1u 和 47u 添加的电容器时、最大电压为 200mV ... 而他们的实际测试报告显示只有 47mV 左右。

    除此之外、我希望这个大滤波器尽可能消除或减少低频纹波、以便不会进入输出。

    我相信我将构建电路并使用 POSCAP 15uF 100m Ω ESR 电容器、这应该有助于添加局部大容量电容、可靠性以及这个 ESR 也可以帮助抑制。

    它是额定的 900mA 纹波电流、但我认为它不会达到该电平、不仅具有所有这种滤波能力、而且还与 5 个陶瓷电容器并联。

    您认为、此输入电感器是否会对瞬态响应产生负面影响? 尤其是目标器件以 50Hz 或 60Hz 的速率供电时。  

    我的意思是、在输入 L 之后有大量的大容量电容和并联电容、可以补偿电感器速度缓慢、但很高兴看到您的意见。

    谢谢!

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    您好、  

    我们已经对电路进行了仿真、仿真后我们可以得出结论、输入电感器不会对阻尼产生太大的影响、因此您可以继续使用此参数。

    除此之外、如果您有任何疑问、请告诉我。

    此致、

    Manish

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    您好:

    我知道这一点,但我问了其他的事情,即:

    1:滤波对低频纹波的影响。

    2 — 它是否会对总输出瞬态响应产生负面影响,并会由于电感器的缓慢性质而导致更多的下降。 电感器后面有很多电容器、因此我猜也可以。

    你对此有何看法?

    谢谢

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    您好、

    我们没有关于此事的正确数据、请从您这边检查。

    我已经分享了我们的知识。

    此致、

    Manish