1.關(guān)鍵器件選擇

布局對于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的成功運行非常關(guān)鍵。

以LM5175為例：LM5175-Q1 是一款同步四開關(guān)降壓-升壓 DC/DC 控制器，能夠?qū)⑤敵鲭妷悍€(wěn)定在輸入電壓、高于輸入電壓或者低于輸入電壓的某一電壓值上。LM5175-Q1 可在 3.5V 至 42V 的寬輸入電壓范圍內(nèi)運行（最大值為 60V），支持各類 應(yīng)用。

LM5175-Q1 在降壓和升壓工作模式下均采用電流模式控制，以提供出色的負(fù)載和線路調(diào)節(jié)性能。開關(guān)頻率可通過外部電阻進(jìn)行編程，并且可與外部時鐘信號同步。

該器件還 具有 可編程軟啟動功能，并且提供 諸如 逐周期電流限制、輸入欠壓鎖定 (UVLO)、輸出過壓保護 (OVP) 和熱關(guān)斷等各類保護特性。此外，LM5175-Q1 特有 可選擇的連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 或斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)、可選平均輸入或輸出電流限制、可降低峰值電磁干擾 (EMI) 的可選擴展頻譜以及應(yīng)對持續(xù)過載情況的可選斷續(xù)模式保護。

良好的布局首先要確定這些關(guān)鍵組件，如圖 1 所示：

· 高 di/dt 回路或熱回路。

· 高 dv/dt 節(jié)點。

· 敏感的痕跡。

圖 1：識別高 di/dt 環(huán)路、高 dv/dt 節(jié)點和敏感走線

圖 1 顯示了 LM5175 四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的高 di/dt 路徑。

最主要的高 di/dt 環(huán)路是輸入開關(guān)電流環(huán)路和輸出開關(guān)電流環(huán)路。輸入回路由輸入電容器 (C IN )、MOSFET（Q H1和 Q L1）和檢測電阻器 (R s ) 組成。輸出回路由輸出電容器 (C OUT )、MOSFET（Q H2和 Q L2）和檢測電阻器 (R s ) 組成。

高 dv/dt 節(jié)點是那些具有快速電壓轉(zhuǎn)換的節(jié)點。這些節(jié)點是開關(guān)節(jié)點（SW1 和 SW2）、引導(dǎo)節(jié)點（BOOT1 和 BOOT2）和柵極驅(qū)動走線（HDRV1、LDRV1、HDRV2 和 LDRV2），以及它們的返回路徑。

從電阻器 R s到集成電路 (IC) 引腳（CS 和 CSG）、輸入和輸出檢測跡線（VISNS、VOSNS、FB）和控制器組件（SLOPE、R c1、C c1、 C c2 ) 形成對噪聲敏感的跡線。它們在圖 1 中以藍(lán)色顯示。

為了獲得良好的布局性能，盡量減少高 di/dt 路徑的環(huán)路面積，盡量減少高 dv/dt 節(jié)點的表面積，并使噪聲敏感的走線遠(yuǎn)離噪聲（高 di/dt 和高 dv/dt）部分電路。

2.優(yōu)化功率級中的熱回路

布局對于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的成功非常關(guān)鍵，第一步是確定關(guān)鍵組件。一旦我們確定了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計的關(guān)鍵部分，我們的下一個任務(wù)就是最大限度地減少任何噪聲源和不需要的寄生參數(shù)。最大限度地減少熱循環(huán)是朝著這個方向邁出的重要的第一步。圖 1 顯示了四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的熱回路或高 di/dt 回路。除了輸入和輸出開關(guān)環(huán)路（第 1 至 6 號）之外，圖 1 還突出顯示了由柵極驅(qū)動器及其返回路徑形成的熱環(huán)路。

圖 1：四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的熱回路

由于功率級熱回路（紅色）包含最大的開關(guān)電流，因此首先優(yōu)化它們。在降壓周期中，輸入回路（第 1 號）承載開關(guān)電流。在升壓周期中，輸出回路（第 2 號）承載開關(guān)電流。根據(jù)我的經(jīng)驗，在使用對稱布局優(yōu)化兩個回路時，我實現(xiàn)了最低的回路面積和最緊湊的設(shè)計。

圖 2 和圖 3 是良好功率級布局的示例。圖 2a 中所示的布局示例為感測電阻器和 FET 中產(chǎn)生的熱量提供了更好的散熱路徑?？紤]遵循圖 2b 中所示的布局示例來創(chuàng)建更高密度的設(shè)計，因為它將功率級組件更緊密地包裝在一起。

圖 2：對稱功率級布局最大限度地減少了四開關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出功率環(huán)路，(a) 中等密度設(shè)計，(b) 高密度設(shè)計

功率級的尺寸、熱穩(wěn)定性和噪聲性能需要權(quán)衡。較小的 di/dt 環(huán)路和較小的 dv/dt 節(jié)點具有較低的寄生效應(yīng)并且輻射也較少。它們在存在外部噪聲的情況下也更加穩(wěn)健，因為較小的環(huán)路面積耦合較少的噪聲。然而，較小的設(shè)計在熱方面受到更多限制，因為沒有多少銅直接連接到散熱元件，包括 MOSFET、檢測電阻器和電感器。對于功率相對較高的設(shè)計，我們可能需要在開關(guān)節(jié)點處增加銅面積以限制溫度。

圖 3 顯示了一種能夠處理更高電流并允許 FET 并聯(lián)的設(shè)計。熱量分布在 FET 之間，然后可以擴散到相鄰的銅平面，從而避免溫度過度升高或形成熱點。

圖 3：用于更高功率設(shè)計的具有平行 FET 和更大銅面積的示例布局