ABSTRACT

        优化的布局对DC-DC调节器的性能非常重要。本应用报告的重点是提高热电压和开关峰值电压的影响。首先，讨论了布局规则。接下来，根据布局指南，使用TPS565201创建三种不同类型的布局。最后，通过创建一个PCB模型，并测试热振、开关振铃和效率，创建了TPS565201的优化布局。此布局可用于TPS56x20x系列系列 。

        一般来说，所有的外部组件都必须放置在尽可能靠近电源IC的地方。最重要的考虑因素是输入电容器和输出LC滤波器的放置。输入电容器的放置和连接是至关重要。目的是减少输入电容和IC输入电压引脚之间的寄生电感。此外，输入电容器接地必须直接连接到电源接地，以减少接地连接的感应。在开关升降时间期间，高寄生电感增加了内部fet上的尖峰电压，如图1所示（见公式1）。降低寄生电感对预防EOS事件至关重要。

                                                 图1内部FE管的峰值电压

        通过使从输入电容器到集成电路输入电压引脚的路径尽可能短和宽，可以降低寄生虫电感。其目标是使连接长度保持在0.05英寸左右。

        尽量将电感器放置在电源集成电路附近，使开关轨迹尽可能短和宽，以尽量减少辐射发射。此外，尽量将切换轨迹保持在同一层上，以避免图层更改。

        输出电容器必须靠近电感器，同时，接地路径必须在输入电容器、输出电容器和IC地引脚之间提供足够的短的路径。在调节器准时期间，交流电流从输入电容器，通过功率IC高侧FET、电感和输出电容器，到输入电容器接地。在调节器关闭时间内，交流电流从IC低侧场效应晶体管、电感和输出电容器流至IC接地（见图2）。

                                                               图2.交流电流流量 

三种布局类型 

        版本1的EVM与已发布的TPS564201 EVM相同。版本2和版本3的EVM布局是根据以前的布局规则创建的。 

        在版本1的EVM上，输入电容接地和输出电容接地共用相同的接地区域，以保证足够短的接地连接。这种布局的缺点是开关轨迹从顶层到底层，然后通过连接电感回到顶层；输入电容器C1与IC不够近（见图3）。

                                                        图3.版本1中的EVM

        在版本2 EVM上，输入电容器接地和输出电容接地的连接与版本1 EVM相同。这种布局的不同之处在于，开关轨迹与功率IC背面的电感相连，因此开关轨迹较短。缺点是集成电路的背面部分不够宽。C1应尽可能靠近电源IC。这种布局的缺点是FB引脚在开关轨迹附近。FB引脚对噪声更加敏感，因此高频噪声很容易从FB引脚注入到集成电路中。同时，集成电路背面的高频开关电压对其稳定性和性能都有一定的影响（见图4）。 

                                                        图4.版本2中的EVM 

        图5显示了版本3的EVM。开关轨迹直接连接电感，使轨迹保持足够短足够宽。输入电容器C1被放置得尽可能靠近电源IC。输入电容器接地和输出电容器接地连接在集成电路的后面。这种布局的缺点是输入地和输出地之间的距离大于版本1和版本2的距离。然而，集成电路背面的地面区域有助于加热。

        

                                                        图5.版本3中的EVM 

EVM PCB布局模型

        根据EVM布局打印线，可以生成电子寄生参数。

        图6显示了具有主要寄生参数的电路原理图。电感器PL1和PL2是位于输入电容器和IC之间的寄生电感器。开关尖峰电压受到电感器PL1的影响。当低侧FET从开启到关闭时，电感器PL2引起接地弹跳。由于低侧波体二极管的夹位，弹跳电压很小，因此寄生电感PL2对开关尖峰电压有凋落物效应。电感PL3是IC开关引脚和L1电感之间的寄生电感。电感器PL3与电感器L1相比非常小，因此可以忽略它。PR1、PR2和PR3是对效率有一定影响的寄生抗阻。PC1是位于FB引脚和开关引脚之间的寄生电容器。该寄生电容器表明FB与来自开关的噪声耦合。

                                                 图6.带有寄生虫参数的示意图

         -表1列出了三种不同版本的EVM的主要寄生参数。从表1中可以看出，版本2和版本3版本的寄生电感PL1小于版本1，所以版本2版本和版本3的开关振铃应该小于版本1。三种不同EVM的寄生抗阻PR1和PR2大致相同。版本3的PR3最小，而PR1最大。版本3中的PC1与其他两个版本相比是最小的。

                                                       表1.寄生电感

 开关铃声 

        对于典型应用，使用12V输入电压和5V，5A输出来测试开关波形（见图7）。对于版本1，由于较大的寄生电感PL1，开关的峰值电压为15.8V。对于版本2和版本3，由于寄生电压较小，开关的峰值电压分别为13.1 V，峰值电压为13.2V。 

                                                        表2.开关峰值电压

 

                                                        图7.开关铃声 

DCDC发热量

        表3列出了典型应用条件下的EVM热值。对于版本1，温度最高，在118°，因为底层的开关轨迹不能帮助IC散热。由于开关轨迹在EVM板的背面，因此看不到其温度。版本2的温度为114°，版本3的温度为104°。对于版本2，IC、开关轨迹和电感的温度都很高，因为IC下的开关轨迹很窄，并且IC与开关轨迹重叠。对于版本3，在集成电路的后面有地面区域。地面对热垫的响应很好，这对热垫很有帮助（图8）。 

                                                表3.热

 

                                                                        图8.热 

效率

        在5 VOUT和3.3 VOUT下进行了效率测试，见表4。在版本3中，效率略高于版本2和其他版本1。

                                                                表4.效率

总结 

        根据布局规则，使用TPS565201设备创建了两个版本的布局；通过切换峰值电压、热效率和效率，比较了三种不同的布局版本。最优化的布局是版本3，这种优化的EVM布局适用于任何TPS56x20x系列的系列部件。布局指南的优先级如下：所有外部组件必须尽可能靠近电源IC。

•输入电容器必须尽可能靠近设备，以减少寄生电感。

•保持切换轨迹在物理上尽可能短和宽。

•尽量减少与输出电容器接地和输入电容器接地的距离。