关于功率改造器，寄生参数最小的热回讲PCB组织或许更始能效比，颓丧电压振铃，并减缩电磁搅扰(EMI)。本文龃龉怎样源委最小化PCB的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)来优化热回途组织设计。本文争论并较量了效果位置，征求解耦电容当地、功率FET尺度和场所以及过孔安置。原委履行验证了体会效果，并归结了最小化PCB ESR和ESL的有用办法。

　　开合方式功率改造器的热回路是指由高频(HF)电容和相邻功率FET变成的临界高频交流电流回叙。它是功率级PCB结构的最症结单个，来因它包蕴高dv/dt和di/dt噪声声望。策画不佳的热回路结构会孕育较大的PCB寄生参数，搜集ESL、ESR和等效并联电容(EPC)，这些参数对功率改造器的着力、开关天性和EMI功能有壮伟效能。

　　图1映现了同步降压DC-DC转换器谈理图。热回路由MOSFET M1和M2以及解耦电容CIN变成。M1和M2的开合行为会生长高频di/dt和dv/dt噪声。CIN供给了一个低阻抗叙途来旁路高频噪声身分。然则，器材封装内和热回路PCB走线上生计寄生阻抗（ESR、ESL）。高di/dt噪声始末ESL会引起高频振铃，从而导致EMI。ESL中存储的能量在ESR上耗散，导致分外的功率糜费。所以，应即便减小热回道PCB的ESR和ESL，以削减高频振铃并进步遵守。

　　切当提取热回路的ESR和ESL，有助于猜测开关功能并改进热回途方案。器材的封装和PCB走线均会功率回谈的总寄生参数。本文首要关怀PCB组织设计。有很少器材可匡助用户提取PCB寄生参数，比如Ansys Q3D、FastHenry/FastCap、StarRC等。Ansys Q3D之类的商用用具可供给切确的仿真，但普通价值尊贵。FastHenry/FastCap是一款根据单个元件等效电道(PEEC)数值筑模的免费用具，或许进程编程供给灵活的仿真来探寻不合的疆土方案，但需要分外的编程。FastHenry/FastCap寄生参数提取的有用性和正确性依然过验证，并与Ansys Q3D实行了比较，功劳规整。在本文中，FastHenry用作提取PCB ESR和ESL的经济高效的东西。

　　本限制根据ADI公司的LTM4638µModule®稳压器树范板DC2665A-B来抵触CIN局势的功用。LTM4638是一款集成式20 VIN、15 A降压型蜕变器模块，拣选小型6.25 mm × 6.25 mm × 5.02 mm BGA封装。它具有高功率密度、速快瞬态反应和高功率特性。模块里边集成了一个小的高频陶瓷CIN，但是受限于模块封装尺度，这还亏本。图2至图4显现了树模板上的三种割裂热回路，这些热回途操作了特别的外部CIN。第一种是笔直热回讲1（图2），个中CIN1组织在μModule稳压器下方的底层。µModule VIN和GND BGA引脚经由过孔直接衔尾到CIN1。这些邻接供给了演示板上的最短热回途途径。第二种热回途是笔直热回谈2（图3），其间CIN2仍安插在底层，但移至μModule稳压器的旁边面区域。其效能是，与笔直热回路1比较，该热回路增加了卓殊的PCB走线，估量ESL和ESR更大。第三种热回路选项是程度热回谈（图4），个中CIN3安顿在迫近μModule稳压器的顶层。µModule VIN和GND引脚进程顶层铜毗连到CIN3，而不进程过孔。但是，顶层的VIN铜宽度受其他引脚罗列的掌管，导致回谈阻抗高于笔直热回路1。表1较劲了FastHenry提取的热回路 PCB ESR和ESL。正如预期的那样，笔直热回路1的PCB ESR和ESL最低。

　　为了经由履行验证不合热回途的ESR和ESL，我们考试了12V转1V CCM运行时树范板的成效和VIN交流纹波。理论上，ESR越低，则成效越高，而ESL越小，则VSW振铃频率越高，VIN纹波起伏越低。图5a提醒了实测出力。笔直热回途1的效能最高，起因其ESR最低。水准热回途和笔直热回途1之间的糟塌不同也是根据提取的ESR策划的，这与图5b所示的实验效果共同。图5c中的VINHF纹波波形是在CIN上测验的。水准热回途具有更高的VIN纹波起伏和更低的振铃频率，因而验证了其回路ESL高于笔直热回途1。别的，因为回路ESR更高，是以程度热回途的VIN纹波衰减速度速于笔直热回途1。此外，较低的VIN纹波下降了EMI，所以可以行使较小的EMI滤波器。

　　图5.演示板实验成效：(a)功率，(b)水准回说与笔直回路1之间的浪掷差异，(c)15A输出时M1导通韶光的VIN纹波

　　表2.关于不合器材方式和场所，使用FastHenry提取的热回途PCB ESR和ESL

　　关于分立式方案，功率FET的铺排和封装尺度对热回路ESR和ESL也有杂乱效果。本个人对使努力率FET M1和M2以及解耦电容CIN的典范半桥热回路举办了筑模和研讨。图6较劲了常见功率FET封装尺度和放置当地。表2呈现了每种气候下提取的ESR和ESL。

　　境地(a)至(c)显现了三种常见功率FET安置，此中选取5 mm × 6 mm MOSFET。热回途的物理长度决心了寄生阻抗。与气候(a)比较，情形(b)中的90°式子安置和情状(c)中的180°方式安置的回途途径更短，导致ESR颓唐60%，ESL绝望80%。因为90°状貌铺排呈现出了优势，我们根据局势(b)抵触了更多风光，以进一步颓唐回叙ESR和ESL。景况(d)将一个5 mm × 6 mm MOSFET替换为两个并联的3.3mm × 3.3mm MOSFET。因为MOSFET尺度更小，回路长度进一步削弱，导致回途阻抗颓丧7%。形象(e)将一个接地层放置在热回路层下方，与局势(d)比较，热回途ESR和ESL进一步下降2％。源由是接地层上呈现了涡流，其感应出相反的磁场，出格于懊丧了回途阻抗。局势(f)构修了另一个热回路层行为底层。倘若将两个并联MOSFET对称铺排在顶层和底层，并进程过孔衔尾，则因为并联阻抗，热回叙PCB ESR和ESL的低浸特别鲜明。所以，在顶层和底层上以对称90°神色或180°样式铺排较小尺度的器材，可以取得最低的PCB ESR和ESL。

　　为了源委实施验证MOSFET罗列的成效，谁行使了ADI公司的高成效4开合同步降压-升压掌管器演示板LT8390/DC2825A和LT8392/DC2626A。如图 7a和图7b所示，DC2825A采纳直线MOSFET陈设，DC2626A挑选90°形状的MOSFET陈设。为了举办平允比较，两个演示板修设了肖似的MOSFET宽和耦电容，并在36V转12V/10A、300 kHz降压左右下实行了测验。图7c展现了M1导通时分测得的VIN交换纹波。选拔90°把戏的MOSFET安置时，VIN纹波的起伏更低，谐振频率更高，这就验证了热回路途径较短导致PCB ESL更小。相反，直线MOSFET安置的热回路更长，ESL更高，导致VIN纹波起伏要高得多，而且谐振频率更低。依照Cho和Szokusha争持的EMI测验成果，较高的输入电压纹波还会导致EMI辐射更严浸。

　　热回路中的过孔组织对回路ESR和ESL也有重要功用。图8对运用两层PCB结构和直线安置功率FET的热回路举办了修模。FET组织在顶层，第二层是接地层。CINGND焊盘和M2源极焊盘之间的寄生阻抗Z2是热回途的一一面，四肢示例进行商酌。Z2是从FastHenry提取的。表3概括并比力了割裂过孔罗列的仿线。往常，补充更多过孔会懊丧PCB寄生阻抗。但是，ESR2和ESL2的低重水准与过孔数量并不是线性份额闭连。迫临引脚焊盘的过孔，所导致的PCB ESR和ESL的下降最清楚。因而，抵挡热回说结构组织，必需将几个症结过孔罗列在接近CIN和MOSFET焊盘的局势，以使高频回讲阻抗最小。

　　减小热回途的寄生参数有助于开展电源功率，绝望电压振铃，并削减EMI。为了倘若减小PCB寄生参数，我们辩论并斗劲了诈欺不合解耦电容场闭、MOSFET尺度和局势以及过孔安置的热回说组织方案。更短的热回途途径、更小尺度的MOSFET、对称的90°形状和180°神情MOSFET组织、迫近关节元器材的过孔，均有助于完结最低的热回途PCB ESR和ESL。

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