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1.前言

目前的項目，對電流的需求顯著增加，但整體解決方案尺寸還要求繼續縮小。為了適應，我們可以減小降壓轉換器的尺寸，但它仍然必須能夠處理電子系統中不斷增加的功耗。優化布局以提高降壓轉換器的效率將減少為系統供電所需的電力。

許多電子系統需要多個降壓轉換器來為不同的電源軌供電。某些系統可能需要兩個或更多轉換器來為具有高電流需求的單軌供電。設計一個更小的降壓轉換器來滿足這一需求的挑戰成為一項艱巨的任務，但它是可能的。

新技術和工藝現已到位，使集成電路 (IC) 設計人員能夠設計單路輸出可處理高達 40A 的降壓轉換器。但是，此功能引入了其他問題。一種是印刷電路板 (PCB) 布局。我們可以在考慮到空間限制的情況下設計最佳降壓轉換器和功率級，但如果我們未能正確布置 PCB，一切都將丟失。

由于每個輸出的電流為 40A，PCB 布局對于散熱和效率至關重要。如果不優化電路板設計，40A時的直流損耗會因為流銅區電阻較高而大幅增加。因此，在這篇文章中，我將解釋覆銅區域、通孔尺寸和數量以及多層電路板上的電流回路路徑的重要性。

2.覆銅區

如果知道銅的截面積（厚×寬）、長度和電阻率，就可以計算出銅走線、銅平面或澆銅的電阻。借助這些數據，我們可以確定銅的尺寸以優化 PCB 的散熱、效率和信號完整性性能。具有多個埋銅層的多層板通過通孔連接到頂層或底層，也有助于將熱量從 IC 上散發出去。圖 #1 顯示了開關節點區域之間的效率差異。修改后的開關節點面積比原來的大，降低了直流損耗。

圖 1：修改后的開關節點區域顯示尺寸增加與原始開關節點區域的對比

PCB走線或PCB上的銅導體，可在PCB表面傳導信號。蝕刻后留下的是銅箔的狹窄部分，流過銅線的電流會產生大量的熱量。正確校準后的PCB走線寬度和厚度有助于最大程度地減少電路板上的熱量積聚。走線寬度越寬，對電流的阻抗越低，并且熱量積聚越少。PCB走線寬度是走線的水平尺寸，而厚度是走線的垂直尺寸。

PCB的設計始終從默認走線寬度開始。但是，這樣的默認走線寬度并不總是適合于所需的PCB。這是因為我們需要考慮走線的電流承載能力來確定走線寬度。

確定正確的走線寬度時，需要考慮幾個因素：

1. 銅層厚度–銅層厚度是PCB上的實際走線厚度，大電流PCB的默認 銅厚度為1盎司（35微米）到2盎司（70微米）。

2. 2.導線的截面積–要想PCB具有更高的功率，就要讓走線具有更大的截 面積，這與走線寬度成正比。

3.跡線的位置–底層或頂層或內層。

3.過孔尺寸和數量

當過孔將兩條走線或平面連接在一起時，它們就構成了串聯電阻元件。通常，多個過孔并聯會降低有效電阻。就像扁平銅的面積和厚度一樣，通孔具有有限的電阻。因此，我們必須優化過孔的數量和尺寸，以優化轉換器設計的熱性能和效率。

圖#2 和#3 代表具有相同設置和布局的兩個 PCB。唯一的區別是 IC 散熱墊上的通孔數量。

圖#2：在散熱墊下有 11 個過孔的 PCB

*S2（站點 2）：IC 上集成 FET 的位置

圖 #3：在散熱墊下有 35 個過孔的 PCB

4.電流回路

我們還需要優化降壓轉換器中高側場效應晶體管 (FET) 和低側 FET 的每個交替工作狀態之間的電流回路路徑。我們的優化應包括回路的距離和載流能力。正確規劃 IC 引出線設計也成為 PCB 布局過程中的一個因素。我們應該盡可能地減少電流回路面積。

隨著半導體技術和工藝的不斷發展，我們正在將更多的硅封裝到同一個封裝中，以實現更高額定電流的轉換器設計。例如，考慮具有自適應內部補償和集成 NexFET? MOSFET 的新型 40A SWIFT? TPS543C20 同步降壓轉換器。然而，基本問題仍然是如何優化設計，以便我們不損害熱性能和效率。希望這篇文章能幫助我們正確創建更小尺寸的真正 40A 電源設計。