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[参考译文] LM5122:请帮助升压转换器 PCB 布局审查

Guru**** 1624225 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5122
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/1328777/lm5122-please-help-for-boost-converter-pcb-layout-review

器件型号:LM5122

尊敬的 TI 专家:

我设计了一种新的 PCB、其中包括热插拔电路、升压转换器(带控制器 LM5122)和 OR-ing 电路。 您能审查一下我的设计并提供一些建议吗?

以下是有关 PCB 的一些信息:

  • 4层电路板
  • 2盎司

请允许我解释一下这个全新 PCB 布局的一些要点:

  1. 电源流/大电流在顶层和底层上流动。

  1. 一些信号迹线遍布内部信号层、而内部信号层上的其余部分为 SGND (升压的信号接地)和 PGND (电源接地)。

  1. 内部 GND 层包含三个不同的接地端:PGND、SGND 和 LM_GND (热插拔 GND)。 PGND 较大且清零。

  1. 噪声源是 SW 节点、它是低侧 MOSFET 的漏极。 它也是最热的区域。 我已经平衡了该区域的尺寸、以便在不产生噪声的情况下充分散热。 请查看下图中突出显示的区域:  

升压控制器需要检测该电压、将其作为高侧 MOSFET 的基准。 因此、该区域与 IC 之间存在布线。 但是、该迹线不会与控制信号重叠(在 红色 )并且被放置在尽可能远离控制信号的位置上。 它还在 PGND 覆铜上运行。

  1. 低侧和高侧 MOSFET 控制信号在 PGND 覆铜(顶部、底部和内部 GND 层)上运行、并远离稳定的48V 和 SW。

  1. 输出电压反馈信号非常短、并在 SGND 覆铜上运行。

  1. 输入电流检测信号(CSP、CSN)在 PGND 覆铜和稳定的48V 覆铜上运行。

  1. 输入电压检测信号在稳定的直流输入电压钳、PGND 覆铜和稳定的48V 覆铜上运行。

  1. 输入电压感应信号(在中突出显示) 红色 )和电流检测信号(在中突出显示 蓝色 )应尽量远离彼此、且其布线应避开噪音区。

  1. 所有 MOSFET 和电感器在焊盘上都有许多过孔(非包覆)。 此外、还有许多用于将热量传导到 MOSFET 和电感器旁边的底部的过孔(包覆)。

  1. 48V 走线从左上角的输出端流向右侧的接头。

任何建议都是受欢迎的。 非常感谢。

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    Sean、您好!

    感谢您使用 e2e 论坛。
    我可以对布局进行审查、并在1-2天内收到反馈。
    您能否同时提供此应用的输入电压范围和电流额定值? 电路板上显示为4.2A、这是最大负载吗?

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    感谢你的帮助。 详细规格如下:

    1. 输入电压范围:12-55V (输入电压>48V 时为旁路模式)
    2. 输出:48V/3.75A
    3. 额定功率:180W
    4. 开关频率:350kHz

    如果需要任何信息、请告诉我。 谢谢你。

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    Sean、您好!

    再次感谢您的详细讲解。

    我完全同意前一个电路板的所有更改。
    SW 应在散热和降噪方面达到更好的平衡。
    检测线也放置得很好。

    我这边有一个未决问题:
    所有电感器和 FET 元件是放在顶部还是底部? 或者、是否将某些器件置于顶层和底层?

    谢谢、此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    感谢您的评分  

    对于未提供零部件视图、请接受我的道歉。 几乎所有元件都位于顶部、尤其是所有热元件、包括所有 MOSFET 和电感器。

    我以这种方式放置所有元件的原因是、我希望使用散热过孔从顶部传导热量到底部。 然后、可以通过在底部和铝板之间放置一大块散热焊盘来向铝板传导热量、如下所示。 您认为这种方法是有效的吗?  

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    您好、Niklas、

    很抱歉、我还有一个关于 PGND (电源 GND)和 SGND (信号 GND)之间单一连接的问题。

    为了明确地分离 PGND 和 SGND、我使用一个0R/1206电阻器连接 PGND 和 SGND、如下所示:

    它放置在顶部(突出显示了电阻器):

    该电阻器使用过孔连接到其他层的 PGND:

    我的问题是电阻器的位置。 它几乎位于电路板的中央、如下所示。 此位置是否合适?

    欢迎提出任何意见和建议。  

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    Sean、您好!

    感谢更新和澄清。
    最好的方法是将所有功率级元件放置在同一顶层、因此这很好。

    关于 AGND 和 PGND 连接:
    两个接地平面的连接旨在确保两个电平之间没有偏移。 因此、两个平面连接的位置不是很重要。
    常见设计使用网络连接、这是一种表现类似于0欧姆电阻器的小连接布线、无需放置物理元件。 网络连接还保留了 AGND 和 PGND 的两个平面名称、因此布局更容易。
    我会建议使用此方法、以避免任何焊料电阻。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    感谢您的答复和建议。 非常有帮助!

    我可以再问两个有关 PCB 布局的问题吗?

    1) 1)如果系统中有带速度控制功能的风扇、它是否需要独立/隔离式 GND? 在本例中、风扇是否也可以连接到 PGND?

    2)对于高侧 MOSFET 控制信号、TI 提供了许多集成了内部栅极驱动器的控制器 IC。 大多数引脚、高侧控制信号(HO)的引脚位于 VCC 引脚和高侧接地引脚(HS 或 SW、连接至高侧 MOSFET 的源极引脚)之间。 我观看了一段 TI 视频、链接如下:

    GaN 驱动器布局技巧

    一张幻灯片显示了一个好的和坏的示例、如下所示:


    我的问题是、在小型电容器之间放置高侧信号(HO)迹线是否合适? 这意味着 HO 信号介于 VDD 和 HS 之间(HS 是噪声源)。

    谢谢你。

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    Sean、您好!

    感谢您的反馈。

    1) 1)在通过电路板将多个应用连接到同一 GND 时应该没有问题。
    只要另一个应用不会将噪声注入 LM5122的模拟接地、我就不会在这里看到任何问题。

    2) 2)当然可以像这样在电容器之间传输 HO 信号。 VDD 和 HO 都是控制信号、没有检测信号、因此彼此注入噪声的优先级较低。
    在这里、使 HO 和 HS 线路尽可能靠近更重要。

    此致、
    尼克拉斯

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    您好、Niklas、

    感谢您的答复。 现在我没有其他问题了。

    我已将我的设计发送给 PCB 制造商。 我希望这一次能很好地工作!

    衷心感谢您在整个过程中提供的帮助。 如果这是 SOP 的最后一步、请随时关闭此主题。