POL设计中有哪些需要注意的因素
负载点电源pol，即point-of-load（负载旁边的电源）。一般我们会把负载点电源尽量靠近负载放置， 这么做可以最大限度地确保供电效率和准确性。
图1：常见pol电源的拓扑结构
本文通过分析pcb走线电阻和寄生参数对于传输效率的影响，来解释为什么要把电源尽量靠近负载放置。然后，通过pol应用设计实例，来看看pol设计中有哪些需要注意的因素。
为什么要把电源尽量靠近负载放置？
特别对于大电流的负载，我们可能需要考虑pcb走线电阻和寄生参数对于传输效率的影响。 下表比较了不同宽度pcb走线对于传输效率的影响：
图2：不同pcb走线宽度下的电压降
较宽的pcb走线的确可以降低pcb走线上的电压降，但是我们还要考虑寄生参数。寄生电感会抑制负载变化时电流di/dt的动态变化，恶化瞬态响应；而寄生电容会导致电压下降。
图3：pcb走线寄生电感/电容
根据adi ltspice®模型，上图中的50mm pcb走线估计电感约为14.1nh。
图4：寄生电感/电容对于瞬态响应的影响（图片来源：adi）
如上图所示，寄生电感会抑制瞬态负载变化时电流di/dt的动态变化，从而恶化瞬态响应，而寄生电容会导致电压下降。
pol理想的pcb走线
pol理想的pcb走线如下图所示。
图5：pol理想的pcb走线（图片来源：adi）
由图中可见，pol应尽量靠近负载，走线短而宽， 从而将pcb电阻和寄生参数的影响降至最低。 总结一下——将电源尽量靠近负载放置， 有利于减小pcb走线电阻和寄生参数，从而最大限度地确保供电效率和准确性。
pol设计实例
由于要求pol电源和负载的距离尽可能短。在设计时，我们必须要注意pol电源的pcb占地面积以及散热设计，以保证方案的可行性。
pol电源的pcb占地面积
传统电源方案可能体积会很大，而专门的pol方案会尽可能减少电源的体积。 传统方案（控制器+外部mos管）：传统方案只要靠近负载放置，也可以解决大电流负载的问题，但是这种方案往往体积会很大。
图6：传统方案：控制器+外部mos管（图片来源：adi）
pol方案：控制器+内部fet：比如使用ltc3310s，这是专门为pol设计的芯片，很大程度上减少了pcb板的占地面积。 ltc3310s负载电流高达10a；尺寸仅3mm × 3mm，且内含mos管；支持5mhz高频操作，因此可以使用更小的输出电容。 我们来看看ltc3310s的表现：假设3.3v转1.2v，2mhz，输出电容为110μf，电感为100nh，当负载从1a变化到9a，负载电流上升速度：1a/us。下图显示了ltc3310s在负载从1a变化到9a的输出表现。
图7：ltc3310s在负载从1a变化到9a的输出表现（图片来源于adi）
也就是说，使用110µf输出电容即可实现这样的性能，8 a负载变化导致输出电压偏移小于±40 mv。
良好的散热设计：
除了pcb的占板面积，还有一个pol设计时必须要解决的问题——良好的散热设计。高性能单片pol的确可以节省很多空间，但是可能也会导致发热量过高，因此，需要良好的散热设计。 良好的pcb板设计有助于散热。
图8：ltc3310s推荐接地平面设计 （图片来源：ltc3310s数据手册）
对于常见的两层pcb板，可以加大地平面，并且在发热量大的关键区域设置热通孔，加快热的传导。除此之外，还可以通过温度检测，到达相应温度后主动关断电路来防止芯片过热。比如，ltc3310s自带温度检测的功能，如果温度超过某一阈值，电路会自己关断。 下面，我们来看优化散热设计之后，ltc3310s的实际温度：
图9：ltc3310s发热量 （图片来源：adi）
ltc3310s：3.3v转0.6v，5a
表面温度：101.6℃
节点温度：102.2℃
pcb表面温度：96.7℃
digi-key提供的设计资源
为了帮助开发者顺利地完成pol的应用设计，digi-key可以提供丰富的设计资源。
digi-key pol直流转换器
在digi-key的『直流转换器』目录下，可以根据类型栏里的筛选项，筛选出合适pol模块。
ltc3310s开发板
同时，digi-key和可提供ltc3310s配套开发板，为设计pol电路节省时间。
本文小结
将电源尽量靠近负载放置， 有利于减小pcb走线的电阻和寄生参数，从而最大限度地确保供电效率和准确性。对于pol设计，减小pol电源pcb占板面积，优化散热设计，是pol设计的重中之重。
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为什么要把电源尽量靠近负载放置？
特别对于大电流的负载，我们可能需要考虑pcb走线电阻和寄生参数对于传输效率的影响。 下表比较了不同宽度pcb走线对于传输效率的影响：
图2：不同pcb走线宽度下的电压降
较宽的pcb走线的确可以降低pcb走线上的电压降，但是我们还要考虑寄生参数。寄生电感会抑制负载变化时电流di/dt的动态变化，恶化瞬态响应；而寄生电容会导致电压下降。
图3：pcb走线寄生电感/电容
根据adi ltspice®模型，上图中的50mm pcb走线估计电感约为14.1nh。
图4：寄生电感/电容对于瞬态响应的影响（图片来源：adi）
如上图所示，寄生电感会抑制瞬态负载变化时电流di/dt的动态变化，从而恶化瞬态响应，而寄生电容会导致电压下降。
pol理想的pcb走线
pol理想的pcb走线如下图所示。
图5：pol理想的pcb走线（图片来源：adi）
由图中可见，pol应尽量靠近负载，走线短而宽， 从而将pcb电阻和寄生参数的影响降至最低。 总结一下——将电源尽量靠近负载放置， 有利于减小pcb走线电阻和寄生参数，从而最大限度地确保供电效率和准确性。
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由于要求pol电源和负载的距离尽可能短。在设计时，我们必须要注意pol电源的pcb占地面积以及散热设计，以保证方案的可行性。
pol电源的pcb占地面积
传统电源方案可能体积会很大，而专门的pol方案会尽可能减少电源的体积。 传统方案（控制器+外部mos管）：传统方案只要靠近负载放置，也可以解决大电流负载的问题，但是这种方案往往体积会很大。
图6：传统方案：控制器+外部mos管（图片来源：adi）
pol方案：控制器+内部fet：比如使用ltc3310s，这是专门为pol设计的芯片，很大程度上减少了pcb板的占地面积。 ltc3310s负载电流高达10a；尺寸仅3mm × 3mm，且内含mos管；支持5mhz高频操作，因此可以使用更小的输出电容。 我们来看看ltc3310s的表现：假设3.3v转1.2v，2mhz，输出电容为110μf，电感为100nh，当负载从1a变化到9a，负载电流上升速度：1a/us。下图显示了ltc3310s在负载从1a变化到9a的输出表现。
图7：ltc3310s在负载从1a变化到9a的输出表现（图片来源于adi）
也就是说，使用110µf输出电容即可实现这样的性能，8 a负载变化导致输出电压偏移小于±40 mv。
良好的散热设计：
除了pcb的占板面积，还有一个pol设计时必须要解决的问题——良好的散热设计。高性能单片pol的确可以节省很多空间，但是可能也会导致发热量过高，因此，需要良好的散热设计。 良好的pcb板设计有助于散热。
图8：ltc3310s推荐接地平面设计 （图片来源：ltc3310s数据手册）
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图9：ltc3310s发热量 （图片来源：adi）
ltc3310s：3.3v转0.6v，5a
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节点温度：102.2℃
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