凡亿教育-香老板
凡事用心,一起进步
打开APP
公司名片
凡亿专栏 | 同一个Buck电路,同事调出93%效率我只有87%,差在哪?这4点布局习惯
同一个Buck电路,同事调出93%效率我只有87%,差在哪?这4点布局习惯

上次有个学员找我吐槽,说他和同事用的一模一样的TPS54331方案,12V转3.3V/3A,他的板子效率只有87%,同事轻轻松松93%。芯片一样、参数一样、原理图都一样,凭啥差这么多?他把两份PCB发给我看,我一眼就找到问题了——布局。

说起来Buck电路效率差6个百分点,真不是小事情。3A输出电流,6%的效率差意味着多损耗将近0.6W,这热量可不小。我跟他说,你去看下你同事板子上开关节点的走线,再看看你自己的。

结果他一看就明白了——同事的SW节点走线又短又粗,环路面积很小;他那块板子SW走线绕了一大圈,环路面积大了好几倍。布局对Buck效率的影响就是这么直接。今天把这4点最关键的布局习惯分享出来,都是踩坑踩出来的经验。

1️⃣ 开关节点环路要小

先说最核心的——SW开关节点。这个点是Vin和GND之间电压变化最剧烈的地方,开关瞬间会产生高频谐波。如果这个环路面积大,就会像天线一样向外辐射能量,效率自然就下来了。

我一般要求:SW走线要短、粗、直,高边MOS和低边MOS要紧紧挨着放,整个开关环路面积越小越好。具体来说:

• SW铜皮宽度至少2-3mm(3A电流情况下)
• 走线长度尽量控制在5mm以内
• 环路面积控制在25mm²以下

听起来很严格对吧?其实画PCB时稍微注意一下就能做到,关键是要有这个意识,知道这个地方要单独关照。

2️⃣ 电感焊盘别贪大

这块把我坑惨了。之前觉得焊盘大一点焊接牢固、散热好,结果反而出了问题。焊盘面积太大,会产生寄生电容。电感本身有寄生电容,加上焊盘的寄生电容,开关瞬间就会产生振荡,效率蹭蹭往下掉。

后来我才明白,电感焊盘面积适中就行,保证良好焊接就够了。现在我一般按datasheet推荐尺寸来,甚至稍微小一圈都没问题。反而是焊盘周围的铺铜要完整,地平面要完整,这对降低纹波很有帮助。

3️⃣ 续流回路要走最短路径

Buck拓扑在开关管关断时,电流要经过续流二极管(或下管MOS)回到电感,这个回路就是续流回路。这条路径也要尽可能短。

很多人忽略了这个细节,走线绕来绕去。我之前看过一块板子,输入电容到高边MOS走了15mm,续流二极管又绕了一大圈,效率能高才怪。

我的经验是:输入电容要紧靠高边MOS,续流二极管要紧靠低边MOS,电感放在两者中间呈三角形排列。这样整个功率回路是最紧凑的。

4️⃣ 反馈采样点位置很关键

这个点90%的人会搞错。反馈采样点应该在哪里?很多人习惯在电感后面采样,但电感后面的电压在开关时波动很大,直接影响采样精度。

正确的做法是:在输出电容之后采样,而不是电感之后。具体来说:采样点放在最后一个输出电容旁边,用独立的反馈走线连接到IC的FB引脚,这条反馈线要细、要远离SW节点和电感。

很多人的板子输出纹波大,加再多电容都压不下来,回头查查采样点位置,十有八九是这个问题。

926589dfef972e50334b7d1ba75284.jpg

效率对比实测

用TPS54331实测了一下,12V输入、3.3V/3A输出:

• 优化前:87%
• 优化后:93%

差距最大的区间在2-3A负载段。这也不难理解——轻载时开关损耗占比小,主要损耗是IC的静态电流;重载时开关损耗和导通损耗都上来了,布局的影响才真正体现出来。所以你要是发现轻载效率还行,重载效率拉胯,大概率就是布局的问题。

补充一点

硬件工程师的价值,往往就体现在这些细节上。原理图大家都能画,芯片选型也都差不多,真正的差距就在Layout里面。6个百分点的效率听起来不多,但如果你的产品一年卖1万台,每台多损耗0.6W,一年就多烧不少电。

Buck电路说简单也简单,说复杂也复杂。简单是因为原理就那么回事,复杂是因为要把效率做上去、把纹波压下去、把EMI控制住,需要扎实的基础和丰富的经验。电路原理只是开始,PCB layout才是见真章的地方。

总结一下Buck布局4个关键点:

① 开关节点环路最小化——SW走线短、粗、直

② 电感焊盘面积适中——别贪大,避免寄生电容

③ 续流回路走最短路径——输入电容紧靠高边MOS

④ 反馈采样点在输出电容之后——远离SW节点

📚 凡亿教育国内领先的电子设计硬件教育培训平台,累计培养120万+工程师,学员就业率98%。如果想系统学习PCB设计和硬件知识,可以了解下他们的课程。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表凡亿课堂立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。
相关阅读
进入分区查看更多精彩内容>
精彩评论

暂无评论