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PCB布局

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mouxiaodi
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高级工程师
  • 2018-8-21 22:21:49
10问答币
  最近布局了一个半桥全桥混合双向DC/DC变换器,下图是第三版,总感觉还是有很多问题没有考虑到。图中红色是第一层,黄色是地层,浅蓝色是VCC层,蓝色是底层。中间空缺的两个是电感和变压器的位置。具体介绍:1、高压侧是半桥结构、低压侧是全桥结构
2、传输功率为400W,原边输入电压400V,副边是18V-25V.
3、初定频率为500K设计,高低压侧都使用GaN开关管
4、高压侧上下管分开驱动,低压侧上下管一起驱动。
麻烦各位大神,看看这个布局,有什么建议。
1534935172(1).jpg
V]`IN{()@ZTN2ISA8}{J1~9.png
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4(MTP@YV)8Q~6A$O7R[RA[1.png
EI[79)P415G31IE`G{LT~Y6.png
nc965
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  • 2018-8-22 08:16:08
 
看着不爽
mouxiaodi
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  • 2018-8-22 19:34:05
 
谢谢李工,开始没有上传好,您看有什么建议吗?麻烦您了
桂林三鑫
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本网技工
  • 2018-9-25 10:27:12
 
Au9670智能整流器,不用VCC绕组,不用Mos,没有外围器件,工作模式CCM,DCM,CRM,支持到120W鑫金微半导体欢迎您www.ausemi.com


Au9670.PDF

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Coming.Lu
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  • 2018-8-22 08:19:53
 
方方正正很漂亮,像搞艺术。
DIANYUAN1000
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高级工程师
  • 2018-8-22 08:41:36
 
那么多过孔,是不是所有的都是必须的,PCBA的成本增加
mouxiaodi
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  • 2018-8-22 19:33:28
 
其他地方布局,您有什么建议吗?
nc965
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  • 2018-8-22 20:00:11
 
你先在你PCB板上画上这3个圈,看看是否合理:
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
mouxiaodi
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高级工程师
  • 2018-8-22 20:22:46
 
前几天仔细拜读了李工您写的关于PCB布局相关的,布局方面总感觉很多地方考虑不到,以下是您刚刚指出的三个圈。
97%M$OH3}~JI[D((F`B5(CH.png
`I81S[HUH7Q361DJA]WQ8AI.png
nc965
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  • 2018-8-22 21:31:30
 
比如1、2两个圈受制于6个并联的电容而未能实现最小环路。于是你可以分出其中两个电容到各自的开关附近贴近布置解决这个问题。每个圈3个元件最小环路布置,其他事情靠后。第3个圈同理。这3个圈9个元件是最重要的,优先布置,按mm计较环路长度。
mouxiaodi
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  • 2018-8-22 21:52:16
 
好,谢谢李工您的建议
nc965
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  • 2018-8-22 22:09:46
 
举例,把白圈缩小到极致
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
mouxiaodi
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  • 2018-8-22 22:24:08
 
这个是要缩小,您这样一讲,才发现自己没有注意,这里距离大,还有带来寄生电感,对器件高频工作会有一定的影响
nc965
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  • 2018-8-22 22:48:10
 
不是有一定的影响,而是有决定性影响
mouxiaodi
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  • 2018-8-23 08:20:09
 
其他地方还有需要注意的吗?李工
nc965
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  • 2018-8-23 08:48:32
 
脉冲电流尽量焊盘连接,不走PCB,主回路大约这样
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
mouxiaodi
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  • 2018-8-23 08:51:53
 
谢谢李工,那层与层之间的布置有什么需要注意的吗?
nc965
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  • 2018-8-23 09:01:29
 
主要脉冲电流回路首先满足(如上图),尽量不走或少走敷铜,其中的热点不能大面积敷铜,此外就是地,HV+、HV-、LV+、LV-都可以视为地,可大面积敷铜,把热点屏蔽起来(包括层间屏蔽)。
红框内的连接和元件都是热点:
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
驱动电路要按【三圈两地】原则布局,也就是各自的GND(拓扑接地中心)与gnd(控制接地中心)的关系要理顺。其中上管的驱动电路是热点,最小面积(杜绝PCB连线)优先布局。
此外,不知道你电压等级,布线间距不可忽视。

mouxiaodi
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  • 2018-8-23 09:33:54
 
李工您说的:1、脉冲电流尽量不走或少走敷铜是指不打孔穿到内层去吗?只是在表层敷铜,然后利用焊盘和无源器件连接?2、热点不能大面积铺铜,如果电流很大的话怎么去解决?3、热点以及脉冲电流那一块不能大面积铺铜的原因是什么呢?4、像您上面那样脉冲电流回路首先满足,那驱动的位置如何放置,高频下,驱动和开关管之间的距离需要很近,我最开始画PCB布局的思路是首先考虑驱动和开关管,然后考虑功率回路,其次是安全间距,谢谢李工您的解答。
mouxiaodi
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  • 2018-8-23 09:35:09
 
高压侧的布局,我主要是参照开关管对应的demo进行布局的
IJMFWSRL%DI(J_NYDVSX2Y0.png
nc965
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  • 2018-8-23 10:11:38
 
不要过于相信DEMO,有时候DEMO也不灵,一个案例: buck尖峰为啥轻载没有,满载就有

nc965
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  • 2018-8-23 09:46:05
 
1、意思是:比如L和T之间有个连接,你设法使两个焊盘尽量靠在一起即可,这与元件的有源无源无关。
2、两个焊盘靠在一起了,就规避了过流问题(虽然初衷或许并不是想规避这个问题)。
3、只是说热点(没有说脉冲电流回路)不能大面积敷铜,因为热点就是干扰源。
4、驱动布局19楼有刷新。一般优先顺序:脉冲电流回路、热点、驱动、其他。而安全间距是任何时候都要考虑的。
很多人在布局时总感觉不能面面俱到,有很多矛盾无法协调,其实多半是你没有尽心尽力。
mouxiaodi
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  • 2018-8-23 10:05:01
 
我去好好理解一下,谢谢李工您的建议
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 11:12:38
 
李工,您好,按照之前的布局,测试得到低压侧的驱动和开关管DS之间的波形,就是下图红圈的开关管,得到这样的波形。蓝色是gs之间的波形,粉红色是ds之间的,尖峰很大,不知道怎么去除。
尝试过的办法是在开关管两端加RC电路吸收,改变驱动栅极电阻,在上官和下官之间并去耦电容都没有效果,理工您有什么建议吗?
R2FUQ0@}_SW7GR~$RT2R[UX.png
@[@PFO32@BS2I(~RZ(7%GM5.png
nc965
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  • 2018-8-28 12:45:52
 
17楼可解此困局
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 14:24:28
 
布局只能在下一版进行优化,低于目前出现的问题有什么补救措施吗?
nc965
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  • 2018-8-28 15:23:34
 
仅此一解
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 16:39:18
 
刚刚按照李工您建议的做法,如下图,脉冲电流我直接接到开关管,得到的现象一样,没有变化
`64283DR9N7FO[Y$XE172B7.png
nc965
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  • 2018-8-28 18:18:31
 
3个元件焊盘接焊盘,才是一个圈
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
snack
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  • 2018-8-28 19:25:28
 
这样布局功率回路面积确实很小,但是驱动不好lay,底部散热GaN的封装不是太好,很影响layout
nc965
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  • 2018-8-28 20:46:48
 
你这个板没几个元件,你说这些都不是难事。
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 20:57:53
 
还是没太理解李工的这句话;3个元件焊盘接焊盘,才是一个圈。再者目前出现这么大的尖峰,尽量在这一版上面调试,就没有办法减小尖峰了吗?
nc965
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  • 2018-8-28 22:22:16
 
这个圈不是只有三个元件吗?
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
出现这么大的尖峰,就是因为这个圈不够小,你想调试,就只有调试这个圈。
道理再简单不过,假设d点有尖峰,它应该通过S5的体二极管对Cout钳位,而Cout电压不能突变,尖峰应该只有0.7V,除非这个圈上还有你没画出来的东西。但如果3个元件焊盘接焊盘了,就不能可能有其他东西了。
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 22:27:33
 
理解了,谢谢李工您不愿其烦的给我讲解,谢谢您,收获挺多的。但是从产生尖峰的波形上,您有什么建议呢,我刚刚发到新帖了。
nc965
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  • 2018-8-28 22:33:48
 
理解了就行了,新帖也一样,理解了的东西就没必要讨论了。
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 22:44:34
 
我在图中红色圈的位置加上电容,应该就能缩小您说的回路问题,您觉得这样可行吗?
1535467394(1).jpg
nc965
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  • 2018-8-28 22:50:01
 
3个元件焊盘靠一起,哪怕临时的,很困难吗?
mouxiaodi
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  • 2018-8-28 22:34:40
 
GaN没有体二极管,是通过内部二维电子气实现反向导通,但是压降比较大,圈里就这三个元器件,没有其他的呢
nc965
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  • 2018-8-28 22:39:26
 
应该也是体二极管,名字不同罢了。用万用表测一下看有没有二极管?如(某些IGBT)果没有这个二极管,这个电路就需要外加二极管才行。
xulin
  • xulin
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最新回复
  • 2019-7-15 08:53:13
  • 倒数1
 
李工,您好!
向您请教关于布局的问题:
1、对于硬开关半桥变换器,初级的两个分压电容算是脉冲电流(Ip)环路的一部分吗?还是只有输入滤波电容和上下两个管子构成脉冲电流回路?
2、还是对于硬开关半桥变换器,变压器次级有中心抽头,使用全波同步整流方式,是否是次级绕组和两个同步整流管构成了脉冲电流回路呢?如何规避由于滤波电感的存在而使返回的地线比较长的问题?
mouxiaodi
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  • 2018-9-24 09:13:24
 
按照李工您上次建议的,两个开关管尽量靠近,然后脉动电流尽量走线,不走PCB,不打过孔等。但是我感觉20A的电流从3mm的PCB宽度过不去,下图为PCB宽度图,这个问题怎么去解决呢,谢谢李工
3FL8O7EX%EM8Y7(K6]38[6S.png
JF7ACLS75BU[92OKIE~F09M.png
nc965
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  • 2018-9-24 11:24:36
 
重点在于电容 C 的连接:
10.jpg
10.jpg
mouxiaodi
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  • 2018-9-24 15:40:00
 
谢谢李工您的解答,祝李工您中秋节快乐。
按照您的建议,我做了简单修改,图1中还存在两个疑问:(1)为了给开关管散热,应该加散热孔吗?(上次和您谈到了这个,您说脉动电流部分要赶紧,还有就是热点和脉动电流两个概念在画PCB时候,没有完全理解这两个概念,他们好像有重叠);(2)我在设计的时候,电流是16A左右,按照2oz铺铜的话,铺铜的宽度就至少大于10mm,这样的话,把两个开关管适当分开了,如图2所示.(上次和您讨论的时候您是说两个开关管越近越好,如果距离拉大了,怎么权衡比较好)
下面从图3到图7是按照您的建议修改后的。
图7是外观图,就是“两圈”,图3是表层,HV+和HV-都铺了大量的铜以及打孔散热,底层也就是图6开关管下面是驱动电路,为了保护驱动电路,我在GND层(图4)是不是应该铺铜,保护驱动电路
图1.png
图2.png
图3.png
图4.png
图5.png
图6.png
图7.png
nc965
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  • 2018-9-24 18:18:43
 
一直没看懂你的封装(照片?)和散热方式(散热器?)
mouxiaodi
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  • 2018-9-25 08:48:47
 
我的开关管是这样的,就对应上面那些图。我的散热方式是自然冷却,所以需要打孔,但是不知道打孔正不正确。这个板子布局很重要,所以一直在尝试怎样做到最优布局
6KP{(1I_%IZOV9M}T8EU_59.png
nc965
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  • 2018-9-25 19:53:53
 
还是没看懂,啥器件?
111853lywrjlsl3sd7s3op.jpg
mouxiaodi
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  • 2018-9-25 22:43:13
 
这个就是开关管,GaN器件
nc965
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  • 2018-9-26 08:29:13
  • 倒数10
 
有谁知道这是什么器件?怎么散热?有没有数据手册?
nc965
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  • 2018-9-27 15:00:15
  • 倒数7
 
查了一下GaN器件的结构,这类功率器件并非用D做衬底,因此自然散热的话 D、S 均视为散热面,应最大可能同时在 D、S 做好热传导布局,就此给出这部分最佳布局:

要点:
1、D、S 散热面密集通孔(双面板即可),过孔尺寸以不影响焊接为度。
2、Ip回路最小化布局
3、PCB散热面积适当调整
10.jpg

joezzhang
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副总工程师
  • 2018-9-27 15:44:41
  • 倒数6
 
半桥上管的D和下管的S之间就近加1nF左右的陶瓷电容,保险一点再加一组100nF串0.5欧姆电阻,这两个都是静点,可以铺大面积铜箔辅助散热

半桥的中点铺铜越小越好,这个点接的电感,尽可能短小,散热靠电感本体
山东娟子
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本网技工
  • 2018-8-22 20:30:54
 
注意下封装,考虑下焊接时别有碍事的!
mouxiaodi
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  • 2018-8-22 20:35:22
 
好,为了追求功率密度,一起寄生电感对器件的影响,适当布小了
飘飘飘
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LV8
副总工程师
  • 2018-9-26 08:33:32
  • 倒数9
 
关注最新进展,从新布局后效果改善怎么样?
mouxiaodi
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高级工程师
  • 2018-9-26 09:07:52
  • 倒数8
 
帖子里面的那版还可以,现在在做进一步改进,谢谢关注
joezzhang
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LV8
副总工程师
  • 2018-9-27 15:48:26
  • 倒数5
 
半桥的驱动芯片太远,再挤挤

GaN的dv/dt可以到100V/ns左右,多2mm就不一样
mouxiaodi
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高级工程师
  • 2018-9-28 16:57:01
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dhieee
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LV1
本网技工
  • 2018-10-11 14:46:45
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请问你负载侧加的是电源还是电阻?
mouxiaodi
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LV6
高级工程师
  • 2018-12-12 14:38:03
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都可以
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