移相控制下的双路输出降压变换器不同的PCB布局对比分析

       电源设计工程师通常在汽车系统中使用一些DC/DC降压变换器来为多个电源轨提供支持。然而，在选择这些类型的降压转换器时需要考虑几个因素。例如，一方面需要为汽车信息娱乐系统/主机单元选择高开关频率DC/DC变换器（工作频率高于2 MHz），以避免干扰无线电AM频段；另一方面，还需要通过选择相对较小的电感器来减小解决方案尺寸。此外，高开关频率DC/DC降压变换器还可以帮助减少输入电流纹波，从而优化输入电磁干扰(EMI)滤波器的尺寸。
        然而，对于正在尝试创建最新汽车系统的大型汽车原始设计制造商（ODM）来说，符合所要求的EMI标准至关重要。这些要求非常严格，制造商必须遵守诸多标准，如国际无线电干扰特别委员会(CISPR) 25标准。在很多情况下，如果制造商不符合标准，汽车制造商就无法接受相应的设计。
        因此，对于DC/DC降压转换器的EMI性能提升，PCB布局至关重要。而要获得良好的EMI性能，优化大电流功率回路，减小寄生参数对于环路的影响是关键。
        以LMR14030-Q1构成的两路输出降压转换器DC/DC降压变换器为例，如图1和图2所示的两种不同的印刷电路板(PCB)布局。红线显示的是功率回路在布局中的流动方式。图1中功率回路的流动方向呈U型，而图2中的流动方向呈I型。这两种布局是汽车和工业应用系统中最常见的布局。那么，哪一种布局更好呢？

        图 2：I型布局
        传导EMI被分为差模和共模两种类型，差模噪声源自电流变化率(di/dt)，而共模噪声则源自电压变化率(dv/dt)。而无论是di/dt还是dv/dt, EMI性能的关键点在于如何尽量减小寄生电感。
        图3是降压变换器的等效电路。大多数设计人员都知道如何尽量减小高频回路中Lp1、Lp3、Lp4和Lp5的寄生电感，但忽略了Lp2和Lp6。对于两种不同的布局U型和I型，U型布局的Lp2和Lp6上的寄生电感相较于I型布局更小。在U型布局中，减小开关管Q1导通时的功率回路也将有助于提高EMI性能。

        图 4：移相控制下的U型EMI性能

        图 6：简化的EMI滤波器

        图 8：采用差模和共模滤波器的I型布局的EMI性能
        本文比较了移相控制下的双路输出降压变换器两种不同的PCB布局，可以看出，U型布局的EMI性能优于I型布局。