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【龙腾原创】80W车载电源设计

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cyx7610
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  • 2014-6-16 15:35:49
下面分享一下我一款80W车载电源,设计要求及设计计算如下:



.設計規范
此电源是採用三款Buck DC-DC Converters 控制IC設計的一個80W DC-DC電源.
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-16 15:41:40
 
+5Vsb線路的設計 控制IC採用IC AP1507設計而成.AP1507是一顆150KHz固定開關頻率,最大輸出3A的PWM Buck DC-DC Converter.它具有過溫度保護和過流保護.


由於它的功率管集成在IC內部,所以溫升為主要考濾,它是TO-252封裝,本體焊到PCB板上,增大本體的散熱面積,減少它的發熱,並考濾其它元件的熱量. ,所以廠商建議PCB板上銅箔面積至少0.8in2(20mm2),銅箔厚度為2oz.

luoyan1980
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-16 16:30:58
 
是有做成成品吗?上传一线路图,或PCB LAYOUT看下。
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-16 16:36:55
 
呵呵,有做成成品,并有量产。PCB布板如下:


jimmy
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版主
  • 2014-6-16 16:39:31
 
能否拍个实物的照片看看,PCB板的以及装好元件的。
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-6-16 16:47:11
 
照片如下:


ck7401
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  • 2014-6-16 17:34:02
 
产品看上去还不错,LZ设计计算继续呀?
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-17 14:27:40
 
+5Vsb輸出電感的選用 假設電感紋波電流為最大輸出電流的20%,計算如下:


選用IRON POWDER CORE T50-52B 感量為47uH





luckysamsang
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本网技师
  • 2014-6-16 20:35:45
 
期待LZ原理图呀,呵呵
huhushuai
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高级工程师
  • 2014-6-16 21:42:28
 
楼主分享下设计心得吧。
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-7-22 15:32:28
 
车载电源设计,关键在温度,因为车载电源都是无风扇。还有是产品高密度。
site-is-rubbish
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高级工程师
  • 2014-9-1 19:20:34
 
精品!支持!
p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-17 15:38:45
 
感觉体积不大啊, 但是为什么用这么多线圈啊
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-7-21 13:00:57
 
应该是从输出纹波来考虑的吧?
powervfan
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初级工程师
  • 2014-9-3 10:30:44
 
布局很紧凑
tingting2013
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LV8
副总工程师
  • 2014-9-3 21:38:32
 
认证方面好过么?
cly2014
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LV8
副总工程师
  • 2014-9-4 07:21:10
 
是啊,对于车载电源来说,不知认证是怎样过的,是按照什么标准来认证的?
yutianyi
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助理工程师
  • 2014-9-2 13:48:51
 
我想看实物照片
虎仔
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高级工程师
  • 2014-6-16 19:11:14
 
看上去是很不错的设计,期待原理图出来
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-6-17 13:33:58
 
原理图如下:


p201kk
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高级工程师
  • 2014-6-17 15:39:16
 
看不清楚, 有大点的吗, 期待详细解说
化二为一
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  • 2014-6-17 17:22:37
 
最好是pDF的
cyx7610
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  • 2014-6-19 10:33:26
 
pdf档如下:


80W车载电源SCH.pdf
jimmy
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  • 2014-6-19 12:29:59
 
大概看了下,不知道楼主的7510是个什么东西,感觉像是做时序控制的?
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-6-20 06:18:17
 
是的,即做时序,也做保护。如输出OVP,OLP,SCP.
jimmy
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版主
  • 2014-6-20 08:43:59
 
有规格书吗?能否分享一下,没准以后用得着
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-6-20 15:26:52
 
jimmy
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版主
  • 2014-6-20 16:22:12
 
是个好东西,价钱大概多少?
hwx-555
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总工程师
  • 2014-6-20 16:24:48
 
如何认为这个是好东西,说下特点大家了解下
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-6-23 10:36:33
 
这个很便宜,做PC电源中一般都会用到。用来做输出保护,开机时序。
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-7-19 21:38:29
 
我有用过,有很多PIN TO PIN IC,如PS123,WT3510等。
ck7401
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  • 2014-7-23 21:26:53
 
PC电源中常用。
DYWEN
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高级工程师
  • 2015-9-11 16:51:52
  • 倒数2
 
输入ZD3、ZD2这部分做什么用的?
hwx-555
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  • 2014-6-17 21:00:07
 
图有点小,看不清楚。楼主的多路输出效果怎样
cyx7610
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  • 2014-6-19 10:35:10
 
输出效果还不错。
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-6-26 11:49:31
 
车载电源是否为一般都为非隔离,有用到隔离的吗?
ck7401
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  • 2014-7-20 10:09:58
 
最常见是非隔离,因为电压不高。
化二为一
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  • 2014-7-22 15:34:07
 
我们喜欢隔离式的
luoyan1980
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  • 2014-7-25 10:33:33
 
一般输入电压超过48V以上就会用到隔离,低压就没有必要隔离,是否要隔离,最终还是依照客户要求来做。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-7-25 10:49:53
 
DC安全电压可以不用隔离,且非隔离效率高也是好处。

ck7401
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  • 2014-7-25 17:18:36
 
除了效率优势,是用隔离还是非隔离,主要看输入,输出能不能共地。如不能共地,就一定要用隔离来做。
luoyan1980
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  • 2014-7-26 12:53:02
 
对于车载电源来说,均为低压DC/DC,一般都用非隔离比较多。
hwx-555
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  • 2014-8-28 16:20:11
 
隔离只是从安规上要求的,低压安全电压,非隔离很多。
ck7401
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  • 2014-8-30 10:36:33
 
有些虽然是安全电压,但客人要求就是输入,输出不能共地,就非用隔离不可了。
wszdxp2004
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  • 2014-6-20 06:29:35
 
l輸出電容的選用:

輸出電容的選擇基於許多實用要求,諸如成本,幾何尺寸。功能及可能性。此例取決於最小輸出電容要允許輸出紋波電壓小於輸出電壓的1%, 最小輸出電容可由下式計算得出:





l由上式給出的值僅是確保輸出紋波的最小值。最終選擇值還要參照Resr 及瞬態回應.限50mV紋波輸出電容的Resr要小於下式:











luoyan1980
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  • 2014-6-20 06:41:04
 
为了产品安全,一般实际选用的都要比计算出来的零件规格大。
ck7401
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  • 2014-6-23 10:20:23
 
个人认为,在留有足够的安全余量条件下,合适就好,毕竟成本还是要考虑。
hwx-555
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  • 2014-8-21 17:07:21
 
主要看散热条件
luoyan1980
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  • 2014-8-30 14:33:55
 
改善散热条件是被动散热,提高效率才是主动解决热的问题。
cyx7610
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ck7401
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功率MOS包在IC内部,并且还是5V,3.3V双组输出,IC会不会很热?
cyx7610
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  • 2014-7-11 13:24:56
 
铜箔够大,但输出拉载又不大,IC不会很热。
luoyan1980
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  • 2014-7-11 17:41:43
 
我看到了,你上面有写负载,负载是不大。应该是没问题。
ck7401
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靠PCB铜箔来散热。关键在于PCB布板要合理。
cyx7610
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  • 2014-7-31 12:52:05
 
高效率及合理的散热是关键。
cyx7610
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ck7401
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待续。
cyx7610
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  • 2014-7-24 05:50:50
 

cyx7610
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  • 2014-7-28 06:52:12
 

ck7401
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在电源设计中,MOS的选择很重要。
luoyan1980
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  • 2014-7-29 14:57:29
 
功率器件的合理选用是产品成功的关键。
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2014-8-6 19:36:50
 
车载电源都是无风扇,条件下工作,且相对来说密度高,所以效率一定高。温升才能过。
ck7401
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  • 2014-8-13 21:52:52
 
车载电源设计有什么特别要求?与常规电源有那些区别?
huhushuai
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高级工程师
  • 2014-7-28 08:54:04
 
关注下楼主的设计。
yutian378
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助理工程师
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学习下
cyx7610
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cyx7610
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cyx7610
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luoyan1980
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现在很多IC的sense电阻都取MOS的Rdson了,这样效率会更高些。
cly2014
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sense电阻都取MOS的Rdson是效率好点,但保护点不准,因为MOS的Rdson随温度变化而变化。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-8-21 23:49:44
 
取自Rdosn对设计要求也高,对Pk值有要求,同时一般IC会对前几个周期进很消隐,以防误动作,但设计搞不好时,也容易烧机。
cly2014
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  • 2014-8-26 18:58:45
 
取MOS的Rdson做sense电阻的,在DC TO DC同步BUCK中常见,可靠性应该还可以吧?
hwx-555
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总工程师
  • 2014-8-26 19:14:40
 
在半桥中有这样检测的,DC To DC 没用过
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-8-27 06:56:04
 
LZ的线路就是这样取OPP点的。
cly2014
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副总工程师
  • 2014-9-3 06:38:24
 
这样MOS的使用就被定死了,不能随意变更了。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-9-5 08:00:01
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MOS并没有被锁定
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-9-5 06:53:35
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取MOS的Rdson做sense电阻,准确性不高,会随温度变化而变化。
cyn365
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高级工程师
  • 2014-8-21 16:22:47
 
向大师学习
ggikahab
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助理工程师
  • 2014-8-28 15:44:49
 
支持楼主
tangxianyu
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初级工程师
  • 2014-8-30 11:31:48
 
多谢分享。多学习一下。
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-8-30 14:54:43
 
整个过程的功率损耗
1、+5Vsb控制ICAP1507效率为80%
Ploss1=20%×5V×1.5A=1.5W
2、 -12V控制IC MC34063效率为70%
Ploss2=30%×(-12V)×0.1A=0.36W
3、 +12V P-MOS导通损耗
Ploss3=I2RDS(ON)=2.5A×35×10-3 Ω=0.22W
4、 +5V同步buck DC/DC Converter 的损耗
占空比的计算:

下边MOS的损耗:
1) 导通损耗: Plower=(1-D)Iload2RDS(ON)Lower
=(1-0.42)×52A×7.5×10 = 0.1W
2) 体二极管导通损耗:最坏情况体二极管导通时间200ns
PBD=VF×Iload×Fsw×ton =1V×5×300×103×(200×10-9)S =0.3W
反向恢复损耗: PRR=QRR ×VIN ×FSW/2=(10 ×10-9)C ×12 × (300 ×103)
=0.036W
cyx7610
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  • 2014-8-30 14:56:54
 
上边MOS的损耗:
1) 导通损耗 Puppercond=DIload2RDS(ON)upper
=0.42× 52A×7.5×10-3
=0.078W
2) 开关损耗
Psw1=1/2IloadVIN/2ton Fsw
= 1/2×5A×12V/2×(40×10 –9)S ×(300×103)Hz
=0.18w
= 2/3× (1064×10 –12)F ×3.46 ×(12/2)3/2 ×(300 ×103)
= 0.01W

cly2014
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  • 2014-9-1 09:42:37
 
不知理论与实际测试对比,相差有多大?
ck7401
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  • 2014-8-31 06:36:30
 
计算很详细。
luoyan1980
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  • 2014-9-1 09:53:26
 
理论与实际测试相互验证,才更好的知道差异在哪儿。

luoyan1980
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  • 2014-9-1 09:57:17
 
理论只能是初步估算。

cyx7610
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  • 2014-9-1 10:43:35
 
输出电感的损耗:电感CORE:MICROMETAL,INC IRON POWDER CORE T50-52B 铜损 copper=Iload2 DCR=52×7×10-3=0.175w 铁损Bpk=Vin × D ×108 / 2 × Ae × N × Fsw =12 ×0.42 × 108/2 ×0.148 ×13 ×300 ×103 =436G

曲线图如下:

由上图可以得铁损为2W/cm3,这里选用的铁芯为T50-52B
VE=0.358cm3
Pcore=0.358× 2W=0.72W
ck7401
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  • 2014-9-1 12:49:58
 
T50-52材质不是很好,如用CS或CH可能会更好些,效率会更高些。
cly2014
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  • 2014-9-2 07:18:41
 
应该是成本的问题吧,要看效率与成本怎么取。
luoyan1980
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  • 2014-9-4 22:45:14
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T50-52改为CS或CH,CM效率都会提升,呵呵,成本也会提升。一分钱一分货。
cyx7610
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  • 2014-9-1 10:47:16
 
5、+3.3V同步buck DC/DC Converter 的损耗
占空比的计算:
下边MOS的损耗
1) 导通损耗: Plower=(1-D)Iload2RDS(ON)Lower =(1-0.275) ×52A×7.5×10-3= 0.14W
2) 体二极管导通损耗:最坏情况体二极管导通时间200ns
PBD=VF×Iload×Fsw×ton=1V×5×300×103×(200×10-9)S =0.3W
反向恢复损耗:
PRR=QRR ×VIN ×FSW/2 =(10 ×10-9)C ×12 × (300 ×103) =0.036W
上边MOS的损耗:
1) 导通损耗 : Puppercond=DIload2RDS(ON)upper =0.275× 52A×7.5×10-3 =0.05W
cyx7610
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  • 2014-9-1 10:52:02
 
2) 开关损耗: Psw1=1/2IloadVIN/2ton Fsw = 1/2×5A×12V/2×(40×10 –9)S ×(300×10)Hz =0.18w =2/3× (1064×10 –12)F ×3.46 ×(12/2)3/2 ×(300 ×103) =0.01W
输出电感的损耗: 电感CORE:MICROMETAL,INC IRON POWDER CORE T50-52B
铜损 copper=Iload2 DCR=52×7×10-3=0.175w
铁损:Bpk=Vin × D ×108 / 2 × Ae × N × Fsw =12 ×0.275 × 108/2 ×0.148 ×13 ×300 ×103=285G
由上图可以得铁损为1.2W/cm3,这里选用的铁芯为T50-52B
VE=0.358cm3 Pcore=0.358× 1.2W=0.43W
cyx7610
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  • 2014-9-1 10:55:52
 
功率级损耗总结
载时(80W)整个功率损耗总结如下,计算总数为5.06W,这只是理想情况下,效率可达到93.7%,没有估计输入及输出电容上的损耗,IC的驱动损耗.实际效率测试只有91%

luoyan1980
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  • 2014-9-1 21:21:15
 
不错,损耗计算很详细。
ck7401
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  • 2014-9-4 13:47:08
  • 倒数9
 
有些损耗是修改材料可以改善的,这样效率还可以提升。
luoyan1980
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  • 2014-9-4 16:49:17
  • 倒数8
 
这只是会增加成本。
cyx7610
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  • 2014-9-1 21:54:21
 
ISL6227 Layout 要素
1. 功率线和信号线的布置
总体来讲,功率组件的布置和功率走线应该结构紧凑一起放在PCB板的顶层或底层任意一层,信号线应放在和它相对的一层.例如:底层: ISL6227信号线 . 顶层: 功率MOS和其它的功率线.
2. 电路组件的布置 ISL6227两路输出的控制Pin是分别对称分布在IC的两边,那么在IC周围组件就可以对称布置在IC的两边.功率MOS要紧靠IC,目的是希望它的驱动线,PHASE、Boot和ISEN线尽量要短.
3. 信号地和功率地的连接 最起码的,在IC下面铺上适当面积铜铂可以起保护作用抑止Noise,信号地和功率地最好连结点是输出电容的阴极.因为那儿的Noise是最小的
4. Pin1和Pin28 the GND和Vcc 在两Pin之间加一个优质的瓷介电容,并紧靠Pin脚
5. Pin2 and Pin27 the LGATE1and LGATE2下边MOS的驱动信号,这条信号线的回路有大电压变化和电流变化,加上驱动端的存电和放电电流,所以这两条线要短、粗,而且要远离其它走线.这里不允许有任何弱的信号线和它平行布置
cyx7610
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  • 2014-9-1 21:56:31
 
6. Pin3 and Pin26   the PGND1 and PGND2这两 个 Pin分别连接到输出电容阴极的恰当位置,输出电容阴极必须紧靠下边MOS的源极.这条线和LGATE1和LGATE2构成一个回路
7. Pin4 and Pin25  the PHASE1 and PHASE2 Pin这条线要短,而且要远离其它的信号线,这个结点有很大的电压变化并且从输入到地电压变化节奏很快.这里不能有其它的线和它平行布置 8. Pin5 and Pin24 the VGATE1 and VGATE2 这个Pin输出方波,走线也要短、粗.远离其它干扰,类似于LGATE.
9. Pin7 and Pin22 the ISEN1 and ISEN2电流检查电阻将要紧靠 ISEN1 Pin.它和下边MOS输出电感和输出电容构成一个回路,底边MOS的源极和输出电容的阴极紧凑连结目的是电流Sense Pin能准确检查到RDS(ON)的电压
10. Pin8 and Pin21 the EN1 and EN2 高电位工作,低电位不工作.EN信号点是以信号地为参考点.
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2014-9-1 21:57:38
 
11. Copper Size for the Phase Noise大面积的铜铂将给Phase结点带来寄生电容,这个电容带来非常低的鸣响声.如果鸣响声太大,它会影响电流取样信号,那么最好要限制Phase结点铜铂的面积,并且要协调好这点的电流和温度.
12. 功率地和信号地的布置输入电容、输出电容和下边MOS功率地的源极末端连到一起作为功率地,其它成份连结到信号地.信号地和功率地在输出电容的阴性联到一起
13. 开关MOS的滤波电容建议一个瓷介电容紧密联接上MOS的漏极和下MOS的源极.这个电容可以减小噪声和MOS的功耗.
cly2014
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  • 2014-9-4 19:39:53
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LAYOUT注意事项写得很详细。!很有价值。
盛开的色拉酱
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初级工程师
最新回复
  • 2018-5-29 22:20:19
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谢谢分享
ck7401
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  • 2014-9-2 06:50:14
 
LAYOUT注意问题点,写得很详细。值得研究。对于其他控制IC应该也适用。
cly2014
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  • 2014-9-2 07:17:24
 
看来布板对一个案子成功很关键哦。
luoyan1980
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  • 2014-9-3 06:57:43
 
如工程师自己的案子自己布板,就会注意,但很多公司布板专人负责,这样就难保证布板走线合理性。
a157670740
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高级工程师
  • 2014-9-4 11:37:16
  • 倒数10
 
想了解输入电流这样大,楼主如何接到 点烟器 上面的。
cyx7610
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副总工程师
  • 2014-9-4 23:21:20
  • 倒数5
 
这还真不知道客人是怎么用的,我只知道按照客户要求,设计符合客人要求的电源。
surface
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高级工程师
  • 2014-9-4 11:00:33
 
已经看过了,楼主的设计不错,很有参考价值,谢谢楼主
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