一種dc-dc降壓電路的pcb結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，所有電子元器件布局于PCB的同一層面；且所有輸入電容、輸出電容以及電感器件布局于電源轉(zhuǎn)換芯片后方；輸入電容C1與輸出電容C3并排放置于PCB的同一軸線上；輸入電容C1的一端與輸入電容C2的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片U1的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容C1和輸入電容C2的接地端與電源轉(zhuǎn)換芯片的接地散熱焊盤保持在同一軸線上，并留有覆銅空間和采用大面積覆銅相連；輸入電容C2平行放置于輸入電容C1的前方且緊靠電源轉(zhuǎn)換芯片；所有接地覆銅放置密集過孔并連接到PCB的內(nèi)層地平面。本實(shí)用新型具有電磁輻射小、散熱效果好和電源完整性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電路板設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]DC-DC轉(zhuǎn)換電路為將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換電路。DC (Direct Current)表示“直流電源”。DC-DC轉(zhuǎn)換電路分為三類:升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路以及升降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，可根據(jù)需求采用不同的控制。
[0003]在電源電路設(shè)計(jì)時(shí)，存在一個(gè)稱為電源完整性的指標(biāo)，簡稱PI (PowerIntegrity)。在以往對(duì)信號(hào)完整性分析時(shí)，一般都假設(shè)電源處于絕對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但是隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)仿真精度的要求不斷提高，這種假設(shè)越來越不能被接受，因此PI應(yīng)運(yùn)而生。對(duì)于信號(hào)完整性(Signal Integrity)的分析，除了要考慮反射，串?dāng)_以及電磁干擾(EMI)夕卜，電源完整性的分析被人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，可靠穩(wěn)定的電源供應(yīng)成為設(shè)計(jì)者們研究的一個(gè)重要方向。在對(duì)高速電路進(jìn)行仿真時(shí)，往往因信號(hào)參考層的不完整性造成信號(hào)回路路徑變化多端，從而引起信號(hào)質(zhì)量變差和產(chǎn)品的EMI性能變成，并直接影響信號(hào)完整性。
[0004]造成電源不穩(wěn)定的根源主要在于兩個(gè)方面:一是器件高速開關(guān)狀態(tài)下，瞬態(tài)的交變電流過大；二是電流回路路徑存在電感。具體地，地彈噪聲太大，去耦電容設(shè)計(jì)不合理，回流路徑影響嚴(yán)重，地平面的分割不當(dāng)，地層設(shè)計(jì)不合理，電流分配不均勻，高頻的趨膚效應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)阻抗變化等，均可成為破壞電源完整性的主要因素。電源完整性受到影響或破壞都有可能影響到整個(gè)系統(tǒng)中信號(hào)實(shí)現(xiàn)的目的，干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，并有可能產(chǎn)生EMI等嚴(yán)重問題，最終導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或者或不能正常動(dòng)作。在嵌入式系統(tǒng)中，電源完整性受到破壞更會(huì)直接影響到信號(hào)完整性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行電源PCB布局布線過程中，通過對(duì)電子元器件的合理布局，避免電源地平面分割不當(dāng)、電流回流路徑受阻或者電流回流環(huán)路面積過大而造成電磁干擾等問題，保護(hù)電源完整性不受破壞。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，所述DC-DC降壓電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片U1、輸入電容Cl、輸入電容C2、電感L1、輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5 ；
[0007]所述DC-DC降壓電路的所有電子元器件布局于PCB的同一層面；且所有輸入電容、輸出電容以及電感器件布局于電源轉(zhuǎn)換芯片Ul后方；
[0008]輸入電容Cl與輸出電容C3并排放置于PCB的同一軸線上；
[0009]輸入電容Cl的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容C2的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容Cl和輸入電容C2的接地端與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地散熱焊盤保持在同一軸線上，并留有覆銅空間和采用大面積覆銅相連；輸入電容C2平行放置于輸入電容Cl的前方且緊靠電源轉(zhuǎn)換芯片Ul ；
[0010]所有接地覆銅放置大量密集過孔，并連接到PCB的內(nèi)層地平面。
[0011]進(jìn)一步地，輸出電容C4平行放置于緊鄰輸入電容Cl和輸出電容C3的后方；所述輸出電容C4為極性電容，其正極通過覆銅連接電感LI后端，負(fù)極接地。
[0012]更進(jìn)一步地，所述電感LI垂直放置于輸出電容C3和輸出電容C4的右側(cè)；電感LI前端通過覆銅與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出信號(hào)端連接；電感LI后端與輸出電容C3、輸出電容C4和輸出電容C5通過覆銅連接。
[0013]再進(jìn)一步地,輸出電容C5垂直于輸出電容C4、且平行于電感LI放置。
[0014]優(yōu)選地，電感LI采用規(guī)格為:長X寬=(7.3±0.5mm) X (6.8±0.5mm)的金屬粉末一體成型電感。輸入電容Cl和輸出電容C3米用封裝型號(hào)為1210的貼片陶瓷電容。輸入電容C2和輸出電容C5采用封裝型號(hào)為0402或0603的貼片陶瓷電容。輸出電容C4采用封裝型號(hào)為7343的聚合物電容或鉭電容。
[0015]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，根據(jù)DC-DC降壓電路本身的電路特點(diǎn)，通過對(duì)電子元器件的合理布局，并采用封裝尺寸小、高度低的器件，減少DC-DC降壓電路中的所形成的兩個(gè)電流回路的占用面積，降低PCB板級(jí)占用面積及設(shè)備空間，從而降低電路中的電子元器件所形成的兩個(gè)環(huán)形天線對(duì)外輻射電磁干擾，保證了 DC-DC降壓電路的電源完整性，電源性能可靠穩(wěn)定，電源帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出紋波小；且？08板的地平面連續(xù)并完整，對(duì)接地端采用過孔密集設(shè)計(jì)，電路板的散熱效果更佳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型提供的DC-DC降壓電路的電路原理圖；
[0017]圖2是圖1提供的DC-DC降壓電路所形成的電流回路的走向示意圖；
[0018]圖3是本實(shí)用新型提供的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的器件布局圖；
[0019]圖4是本實(shí)用新型圖3實(shí)施例中形成的兩個(gè)電流回路在PCB板上的走向示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0021]參見圖1，是本實(shí)用新型提供的DC-DC降壓電路的電路原理圖。
[0022]具體地，所述DC-DC降壓電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片U1、輸入電容Cl、輸入電容C2、電感L1、輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5。其中，輸入電容Cl與輸入電容C2組成并聯(lián)電路后的一端接地，另一端為轉(zhuǎn)換電壓輸入端且連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的兩個(gè)電壓輸入端VIN上；電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的三個(gè)電壓輸出端SW共同連接在電感LI的一端上，電感LI的另一端為DC-DC降壓電路的電壓輸出端，且與輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5的一端共同連接；輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5的另一端分別接地；電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的芯片地端PGND與地連接。
[0023]如圖2所示，在本電源DC-DC降壓電路設(shè)計(jì)中，存在如下兩個(gè)電流回路:
[0024]電流回路1:電源輸入端VCC_input —輸入電容Cl —輸入電容C2 —電源轉(zhuǎn)換芯片Ul —電感LI —輸出電容C5 —輸出電容C4—輸出電容C3—輸入電容Cl接地端；
[0025]電流回路2:電源轉(zhuǎn)換芯片Ul —電感LI —輸出電容C5 —輸出電容C4 —輸出電容C3 —電源轉(zhuǎn)換芯片Ul接地端。
[0026]其中，以上兩個(gè)電流回路的輸入電容Cl、輸入電容C2起到濾波作用，分別濾除輸入電源電壓中的低頻和高頻干擾信號(hào)；電感LI則作為儲(chǔ)能器件，配合電源轉(zhuǎn)換芯片Ul實(shí)現(xiàn)DC-DC降壓目的；輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5同樣起到濾波作用，濾除輸出電源電壓中的低頻和高頻干擾信號(hào)，減小輸出電源紋波，而且輸出電容C4為大容值的聚合物電容(或鉭電容)，可作為儲(chǔ)能器件。
[0027]隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)對(duì)電源系統(tǒng)的要求越來越高，不僅要求電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率高，而且要求其占用PCB板級(jí)面積小。因此，開關(guān)頻率一般在幾百KHz至幾MHz，甚至更高。而開關(guān)電源DC-DC降壓電路的兩條回路都極易形成兩個(gè)不同頻率的環(huán)形天線，從而對(duì)外發(fā)出電磁干擾信號(hào)，因此，為了降低環(huán)形天線對(duì)外輻射的電磁干擾，必須減小這兩個(gè)電流回路的回路面積。
[0028]如圖3所示，是本實(shí)用新型提供的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的器件布局圖。
[0029]具體實(shí)施時(shí)，所述DC-DC降壓電路的所有電子元器件布局于PCB的同一層面；且所有輸入電容、輸出電容以及電感器件布局于電源轉(zhuǎn)換芯片Ul后方。輸入電容Cl與輸出電容C3并排放置于PCB的同一軸線上；輸入電容Cl的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容C2的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容Cl和輸入電容C2的接地端與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地散熱焊盤保持在同一軸線上，并留有覆銅空間和采用大面積覆銅相連；輸入電容C2平行放置于輸入電容Cl的前方且緊靠電源轉(zhuǎn)換芯片Ul ;所有接地覆銅放置大量密集過孔，并連接到PCB的內(nèi)層地平面。
[0030]進(jìn)一步地，輸出電容C4平行放置于緊鄰輸入電容Cl和輸出電容C3的后方；所述輸出電容C4為極性電容，其正極通過覆銅連接電感LI后端，負(fù)極接地。
[0031]所述電感LI垂直放置于輸出電容C3和輸出電容C4的右側(cè)；電感LI前端通過覆銅與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出信號(hào)端連接；電感LI后端與輸出電容C3、輸出電容C4和輸出電容C5通過覆銅連接。
[0032]輸出電容C5垂直于輸出電容C4、且平行于電感LI放置。
[0033]優(yōu)選地，電感LI采用規(guī)格為:長X寬=(7.3±0.5mm) X (6.8±0.5mm)的金屬粉末一體成型電感。而輸入電容Cl和輸出電容C3米用封裝型號(hào)為1210的貼片電容,優(yōu)選米用貼片陶瓷電容，進(jìn)一步地，輸入電容Cl和輸出電容C3優(yōu)選采用X5R材料陶瓷電容，該封裝的陶瓷電容ESR低，高頻特性好，高度合適，尤其適用于對(duì)PCB面積要求比較緊湊的場合；而輸入電容C2和輸出電容C5采用封裝型號(hào)為0402或0603的貼片電容，優(yōu)選采用貼片陶瓷電容，且優(yōu)選采用X5R材料陶瓷電容，該封裝的電容在PCB板上的焊盤間距小、ESR低、寄生參數(shù)小且耐壓值高，有利于提高電源DC-DC降壓電路的PCB板的整體性能。
[0034]進(jìn)一步地，輸出電容C4采用封裝型號(hào)為7343的聚合物電容或鉭電容(高度小于或等于2毫米)。該封裝的聚合物電容不需降壓使用，電容值較大。在同等容值下，聚合物電容的體積、介質(zhì)損耗系數(shù)、漏電系數(shù)均比鋁電解電容小，性能優(yōu)于鋁電解電容。在電源電路中輸出電容C4不僅可作為濾波器件，也可作為儲(chǔ)能器件。而鉭電容則需在降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路中使用。
[0035]在本實(shí)施例中，所述過孔的孔徑與PCB焊盤的比例為:孔徑/焊盤=12mil (密爾)/24mil，所述過孔在1Z(盎司)銅厚下過流能力為0.73A(安)。具體實(shí)施時(shí)，其它電容的接地端都通過大面積覆銅相連。在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul與接地端相連的散熱焊盤上和所有電容接地端附近設(shè)置至少4至6個(gè)過孔到內(nèi)層地平面，以提高PCB的散熱效果。且在PCB加工過時(shí)采用樹脂材料將過孔填平，以防止SMT (Surface Mount Technology,表面貼裝技術(shù))過程中出現(xiàn)漏錫現(xiàn)象。覆銅面積大小必須滿足電流大小需求，且需留有足夠?qū)挾扔嗔?。?銅厚度為35um，電流為2A，則需覆設(shè)至少0.8mm寬的銅。
[0036]如圖4所示，是本實(shí)用新型圖3實(shí)施例中形成的兩個(gè)電流回路在PCB板上的走向示意圖。
[0037]通過對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換電路的電子元器件的合理選取以及器件在PCB板上的布局設(shè)計(jì)，使得電源電路中所選元器件更加合理、器件布局更加緊湊，在相當(dāng)大程度上減小了 PCB板級(jí)空間以及電流回路面積，有利于屏蔽罩的安裝。
[0038]具體實(shí)施時(shí)，合理使用電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的開關(guān)頻率，也同樣有利于降低電源電路對(duì)外輻射電磁干擾。
[0039]采用本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)對(duì)開關(guān)電源電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有以下有益效果:
[0040]1、采用電子元器件封裝尺寸小，高度低，占用PCB板級(jí)面積及設(shè)備空間?。?br> [0041]2、電子元器件在PCB板級(jí)中布局布線合理，電流回路面積小，向外輻射電磁干擾小，保證其它電路正常通信；
[0042]3、PCB板地平面連續(xù)并完整，接地過孔密集，散熱效果好；
[0043]4、電源性能可靠穩(wěn)定，電源帶負(fù)載能力強(qiáng)，輸出紋波小。
[0044]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述DC-DC降壓電路包括電源轉(zhuǎn)換芯片U1、輸入電容Cl、輸入電容C2、電感L1、輸出電容C3、輸出電容C4、輸出電容C5 ； 所述DC-DC降壓電路的所有電子元器件布局于PCB的同一層面；且所有輸入電容、輸出電容以及電感器件布局于電源轉(zhuǎn)換芯片Ul后方； 輸入電容Cl與輸出電容C3并排放置于PCB的同一軸線上； 輸入電容Cl的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容C2的一端通過覆銅連接在電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的電源輸入端上，另一端為接地端；輸入電容Cl和輸入電容C2的接地端與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地散熱焊盤保持在同一軸線上，并留有覆銅空間和采用大面積覆銅相連；輸入電容C2平行放置于輸入電容Cl的前方且緊靠電源轉(zhuǎn)換芯片Ul ； 所有接地覆銅放置大量密集過孔，并連接到PCB的內(nèi)層地平面。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸出電容C4平行放置于緊鄰輸入電容Cl和輸出電容C3的后方；所述輸出電容C4為極性電容，其正極通過覆銅連接電感LI后端，負(fù)極接地。
3.如權(quán)利要求2所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電感LI垂直放置于輸出電容C3和輸出電容C4的右側(cè)；電感LI前端通過覆銅與電源轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出信號(hào)端連接；電感LI后端與輸出電容C3、輸出電容C4和輸出電容C5通過覆銅連接。
4.如權(quán)利要求3所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸出電容C5垂直于輸出電容C4、且平行于電感LI放置。
5.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，電感LI采用長為7.3±0.5_、寬為6.8±0.5mm的金屬粉末一體成型電感。
6.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸入電容Cl和輸出電容C3采用封裝型號(hào)為1210的貼片陶瓷電容。
7.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸入電容C2和輸出電容C5采用封裝型號(hào)為0402或0603的貼片陶瓷電容。
8.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸出電容C4采用封裝型號(hào)為7343的聚合物電容或鉭電容。
9.如權(quán)利要求8所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，輸出電容C4的高度小于或等于2毫米。
10.如權(quán)利要求1所述的DC-DC降壓電路的PCB結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過孔的孔徑與PCB焊盤的比例為:孔徑/焊盤=12密爾/24密爾。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK203951359SQ201420294159
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】賓顯文, 陳偉, 林欽堅(jiān) 申請(qǐng)人:廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司