布局建议

布局是板上开关电源设计的关键因素。当电源设备开关的效率高至大于200kHz时，引起的设备之间的电流转换会导致在互连阻抗与寄生电路元素之间产生电压峰值。这些电压峰值会降低效率、在电路中产生噪声并且导致设备过电压应力。

周全的元件布局和PCB设计有助于抑制转换器中的电压峰值。举个例子，设想高端PWM MOSFET的关闭转换情况。在关闭之前，MOSFET分担了所有的负载电流。在关闭过程中，电流会停止在MOSFET中流动，并且被低端MOSFET检拾。在开关间隔过程中，已切换的电流通路中的任何寄生电感会产生较大的电压峰值。周全的元件选择、严密的关键元件的布局以及短而宽的走线会使电压尖峰幅值最小。

开关DC-DC转换器有两组关键元件。开关元件(电源FET和电感器)是最关键的元件，这是因为它们要开关较大的能量，因此它们可能会产生大量噪声。其次是连接到敏感节点或者提供关键旁路电流和信号耦合的小信号元件。

首先将开关元件靠近设备放置。通过靠近放置可以使输入电容器、CIN和输出电源开关(无论在ISL6521外部还是在EL75xx产品系列内部)之间的连接长度最小。陶瓷和弹性输入电容器应尽可能放置在靠近高端MOSFET漏极的位置。

关键的小信号元件包括任何旁路电容器、反馈元件和补偿元件。反馈电阻应尽可能靠近相关的FB管脚放置，必要时过孔应走直线连结接地平面。

最后，建议使用多层PC板。将一个整层(通常为PC板的中间层)用作接地平面并且将所有关键元件通过过孔与该层接地连接。将另一个固态层用作电源平面并将此平面分成较小的共模电压级孤立区。确保从PHASE或LX终端到输出电感器的金属走线要短。

从ISL6521上的GATE管脚到MOSFET门的走线应该短，并且它们应该足够宽以便能够轻松承受1A的驱动电流。电源平面应该支持输入和输出电源节点。将灌铜多边形用于相位节点的电路顶层和电路底层。对于小信号布线，使用其余的印刷电路。

体积更小的解决方案

过去几年以来，用于高性能开关DC-DC电源的技术已取得了很大进步。现在，已经可买到只需几个外部元件(通常包括电感器、几个电容器和几个电阻器)就能产生易调节的高效率电源电压的设备已经成为可能。这些IC通常还包括过电压保护、电源排序功能和软启动等功能。

EL75xx开关DC-DC电源系列就是一个例子，它能提供0.6A至8 A之间的输出电流。EL75xx系列可以从VIN=3.0V至6V转换到低至0.8V的VOUT。这包括所有主要的FPGA核心和I/O电压级。图2所示的设计可以在小于0.72平方英寸的区域内实现高达25W的电源。

在0.18 平方英寸内，从另一系列成员EL7531产生1A输出电源(最高功率约为4 W)。此IC系列可达到高达95%的效率。包括EL7531在内的某些系列成员具有脉冲频率调制(PFM)模式，它可以用于“轻”负载，在大多数情况下可将效率保持在75%以上，甚至保持在低输出电流级(例如10mA)以下。

元件的选择

通过集成电源FET和补偿/反馈电路，内建于产品的电源(如EL753x)可简化设计工作，同时可最小化所需的板面积。但作为交换，客户测量反馈补偿来优化给定系统性能的灵活性却变小了。

1.输出电感器 由于EL753x的内部补偿，电感器的允许范围相对缩小。对于EL753x系列，建议的电感值为1.5μH至4.7μH。这个较小的电感值对最小化电源板的总空间非常关键，它可以直接在EL753x内部产生高频率开关。正如上述ISL6521等式中所讨论的，选择输出电感器还极大地受电源所需的瞬态响应影响。

2.I/O电容器 EL753x所需的最小电容为4.7μF，以便在极端负载和温度条件下确保正常和稳定的运行。推荐I/O电容为10μF。选择电容器类型对于在极端温下维持所需的性能特别重要。例如，在零下40°C和85°C时Y5V电容器无法存储50%以上的电量，而 X5R和X7R电容的温度性能就更差。但这些类型的介电质是大多数应用中最好的选择。

作者：John Krehbiel，Ross Staffhorst，Intersil公司