【2025电源模块创意大赛】+MPM82504+pcb绘制注意事项

集成电感功率模块
1

image
image633×482 42.9 KB

看数据手册时，看到这个图，忽然想到，这个图是否对绘制pcb提出一些限制呢？于是我就问了问，并在这里先记录一下，大家抽空看看有没有问题？

这是一张非常典型的电源管理模块（PMIC）的应用原理图，型号是 MPM82504。这种高度集成的电源模块对PCB布局（Layout）有非常严格的要求。从这张图中，可以提炼出大量关键的PCB布局注意事项。

核心思想： 对于大电流、高频开关的电源模块，PCB布局的首要目标是最小化寄生参数（电阻、电感），确保电压稳定，并提供良好的散热。

从图中提炼出的关键PCB布局注意事项

1. 输入电源路径 (Input Path) - 关键的大电流路径

  • 图中信息: Input (4V to 16V) 通过一个电容接地，然后直接连接到四个 VIN 引脚 (VIN1 to VIN4)。

  • PCB布局注意事项:

    1. 输入电容靠近引脚： 输入端的去耦电容（图中画出的那个）必须尽可能地靠近芯片的 VIN 和 GND 引脚。这是最重要的规则之一。

    2. 宽而短的走线： 从输入连接器到电容，再到芯片 VIN 引脚的路径，以及对应的地回路路径，都必须使用宽阔、短粗的铜皮来走线。这可以最小化输入环路的寄生电感和电阻，对于抑制电压尖峰和保证稳定性至关重要。

    3. 多引脚并联处理： VIN1 到 VIN4 是内部并联的电源输入引脚。在PCB上，应该用**一大块铜皮（Polygon Pour）**将它们连接在一起，而不是用细线逐个连接，以确保电流能够均匀地流入每个引脚。

2. 输出电源路径 (Output Path) - 关键的大电流路径

  • 图中信息: 每个 VOUT 引脚 (VOUT1 to VOUT4) 都连接到一个输出电容，然后到输出端。每个输出都可以提供高达 25A 的电流。

  • PCB布局注意事项:

    1. 输出电容靠近引脚： 同样，每个输出通道的输出电容也必须尽可能地靠近对应的 VOUT 和 GND 引脚。

    2. 极宽的走线： 25A是非常大的电流！从 VOUT 引脚到输出电容再到负载连接器的路径，必须使用非常宽的铜皮，甚至可能需要使用**内层平面（Power Plane）**来承载这么大的电流，以减小电压降（IR Drop）和发热。

    3. 地平面至关重要： 必须有一个**完整、低阻抗的地平面（Ground Plane）作为大电流的回流路径。输入和输出电容的接地端都应该通过多个过孔（Vias）**直接连接到这个地平面上。

3. 差分电压采样 (Voltage Sensing) - 关键的信号完整性路径

  • 图中信息: 每个输出通道都有一对差分电压采样引脚 (VOSNS+ 和 VOSNS-)。VOSNS+ 通过一个电阻连接到输出电压点，VOSNS- 直接连接到输出的接地点。

  • PCB布局注意事项:

    1. 开尔文连接 (Kelvin Connection): VOSNS+ 和 VOSNS- 的采样点必须是**“远端采样”。也就是说，它们应该直接连接到输出电容的两端或者负载的电源输入端**，而不是连接在芯片 VOUT 引脚的根部。这可以精确地测量负载端的电压，自动补偿PCB走线上的电压降。

    2. 差分对布线： VOSNS+ 和 VOSNS- 的走线应该作为一对差分信号来处理。它们应该紧密地、平行地布线，并且尽可能地远离高频开关节点（如电感和SW节点，虽然图中未画出）和大的电流路径，以避免噪声耦合，保证采样电压的准确性。

4. Power Good 和其他信号

  • 图中信息: 每个通道都有一个 PG (Power Good) 输出和一个 PS (Power Save / Phase Shedding) 输入。还有 CTRL (控制), TAKE/PASS (均流相关), SCL/SDA (I2C) 等信号。

  • PCB布局注意事项:

    1. PG信号： PGx 是一个开漏输出，通过一个10kΩ电阻上拉到 VCCx。这个上拉电阻应该靠近 PGx 引脚放置。

    2. 数字信号 (CTRL, SCL, SDA, ADDR): 这些是低速的数字控制信号。它们的走线应该尽可能短，并且远离模拟采样线 (VOSNS) 和功率回路，防止数字噪声干扰模拟部分。

    3. 敏感的模拟信号： 像 PSx (可能用于设置相数或模式) 和 ADDRx (设置地址) 的电阻应该靠近芯片引脚放置。

5. 散热设计 (Thermal Consideration) - 图中未直接体现但至关重要

  • 隐含信息: 这是一个可以输出 4 * 25A = 100A 总电流的强大模块，即使效率很高，其发热量也绝对不容小觑。

  • PCB布局注意事项:

    1. 散热焊盘 (Thermal Pad): 这种芯片的底部通常有一个巨大的裸露焊盘，这是最主要的散热通道。在PCB上，这个焊盘对应的区域必须有大量（阵列式）的散热过孔（Thermal Vias），将热量快速地传导到PCB的内层和底层地平面。

    2. 利用铜皮散热： PCB的内层和底层的大面积地平面是绝佳的散热片。通过散热过孔，芯片的热量可以均匀地分布到整块板子上。

    3. 保持净空： 在芯片周围，特别是下方，应该避免放置对温度敏感的元件。

    4. 气流考虑： 如果可能，将芯片放置在机箱内有良好气流通过的位置。

总结：
绘制这个 MPM82504 的PCB时，必须将电路分为功率部分和信号部分。

  • 功率部分 (VIN, VOUT, GND)： 遵循**“宽、短、粗”**的原则，使用大面积铜皮和地平面，并确保去耦电容紧靠引脚。

  • 信号部分 (VOSNS, CTRL, etc.)： 遵循**“精、细、净”**的原则，差分采样线要走差分对，数字和模拟信号要隔离，远离噪声源。

  • 散热 (Thermal Pad, Vias): 必须给予最高优先级，通过大量的过孔和地平面来确保芯片不会过热。

任何一个环节处理不当，都可能导致电源输出不稳定、纹波巨大、效率低下甚至烧毁芯片。

1 个赞