同步降压转换器的布局注意事项-原理图|技术方案

降压DC/DC转换器（见图1）是一种非常受欢迎的开关DC / DC稳压器拓扑，广泛应用于许多电气和电子，从云基础设施到个人电子产品，再到工厂和楼宇自动化。它们占据了当今所有非隔离开关稳压器拓扑75％以上的份额。

降压转换器的布局与模拟和设计一样重要，但如果缺乏良好的布局实践可能会拖延开发时间，甚至造成操作和可靠性问题。

同步降压

图1：同步降压DC / DC转换器

布局考虑的因素包括旁路电容器、反馈补偿网络组件、功率组件、寄生组件、接地回路和连接。

旁路电容器

对于旁路电容，最小化引线电感很重要，可通过减小旁路回路面积、缩短高di / dt（电流转换速率）路径上的长度、尽可能使用接地层（如可能）、在电容器两端引入电流路径、避免多种布局等方案来实现。此外，并联不同的电容器类型以降低电容频带两端的阻抗很重要，因为它可以把2MHz至20MHz频率范围（典型的电容器值为0.1μF至0.01μF）的阻抗降低。牵引电容，使其更靠近集成电路（IC）引脚，还能向布局设计者展示关键节点和面积，如图2所示。

图2：指示关键环路面积的旁路电容电路连接

反馈补偿网络

将补偿网络置于靠近IC误差放大器的地方。放置电阻，使它们直接连接到误差放大器（FB引脚）的反相输入，如图3所示。

图3：反馈补偿网络布局

电源组件

确保正确连接电源组件，因为电流路径中有高di / dt（电流转换速率），如图4所示。路径中的任何电感将导致开关节点振铃，这可能超过功率FET的绝对最大额定值，并且还会在系统中产生谐波和不必要的噪声。目标是通过使用双面印刷电路板（PCB）的装配来最小化回路面积，其中在PCB的一侧上具有MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，而在另一侧上具有电容器。确保正确地放置和布设组件。正确的设计无需缓冲电路来减少开关节点振铃。

图4：指示高电流路径的电源组件连接

寄生组件

注意寄生元件，因为它们可能引入并增加电源中的阻抗，这会导致稳定性和操作问题。注意接线电感，特别是低阻抗电路和滤波器、电源开关和定时电路。使用接地层和宽走线以最小化电感。在电路板电容方面，注意高阻抗或噪声敏感电路，并注意电路板平面/层和组件焊盘之间的耦合。电感器之间，特别是环形电感器，也可能发生磁耦合。这种情况下，请考虑其他安装方向。磁耦合也可能发生在环路之间，因此，应最小化环路面积并使用接地平面。

接地回路和连接

单点接地存在串联或并联的问题，如图5所示。

图5：串联和并联单点接地连接

更好的方法是使用多点接地。如图6所示，多点接地允许电路之间具有低阻抗，以最小化电位差，并且还减少了电路走线电感。目的是在单个电路中包含高频电流，并将其保持在接地平面之外。

许多降压转换器控制IC可识别噪声和安静的电路区域，并且IC引脚如此排列，使得IC引脚周围的布局和元件布置更加容易。有些甚至为电源和模拟接地提供单独的引脚，如图7所示的TPS40170 60V同步降压脉冲宽度调制（PWM）控制器引脚。

图7：用于模拟和电源连接的降压控制器IC引脚

因此，围绕IC引脚布局进行布局规划，并使用本文中提到的布局实践可帮助您从一开始就获得正确的降压转换器设计，并避免以后出现任何麻烦。查看TI的降压转换器和降压控制器选择表，了解各种降压DC / DC解决方案。

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电源模块因集成度高、可靠性好、优异的一致性等优势，获得广泛应用。虽然模块化简化了应用，偶尔还会反馈一些问题，下文从应用的角度出发，分析电源模块常见的使用问题，希望对实际应用有所帮助。

一、模块启动后，输出电压不稳定或者偏低

1、输出导线阻抗过大或者电压表连接不规范

图 1  模块连接框图

客户在使用电源模块时，测试输出电压，经常测试被供电电路输入端的电压。由于模块输出端到被供电电路的输入端阻抗过大，会使得测量值比实际值偏低。测试模块的输出电压，应该测量模块输出引脚之间的电压。

在模块检查入库时，直接读取电子负载仪上显示的电压，需要特别注意模块输出导线的阻抗和连接线的接触情况。

2、客户在使用模块时，未准确估算出所需的电源模块功率，使模块处于超载启动或者超载工作状态

图 2  E_UHBDD-10W系列电源模块

例如，E_UHBDD-10W电源模块的额定功率为10W，即模块使用的功率范围不能超过10W，否则可能会导致模块启动不良或者输出电压偏低。建议改用更大功率模块或者减轻负载。

二、模块烧坏

1、输入电源极性接反

在使用电源模块时，电源模块反接上电，很容易烧坏。可能有一些模块由于电压或者电流不足原因，模块还能正常的输出。对于这类模块，建议不要再使用（可用于调试产品），电源反接过，会影响模块的使用寿命。

2、输入电压超出正常的输入电压范围

图 3 ZY_WRFCS-3W系列电源模块

在电源模块数据手册中给出了产品的输入电压范围，如图4表示ZY_WRFCS-3W系列模块的输入冲击电压。当瞬间输入电压高过最大值，模块内部的场效应管和二极管耐压超过额定耐压，可能烧毁。

图 4  ZY_WRFCS-3W系列输入冲击电压

3、模块在使用时，供电电源与模块之间导线过长，会使得导线的电感量大。开关电源模块的开关特性，使得输入端有电流纹波，这样容易引起导线和模块之间的振荡。长时间工作模块发热严重，容易损坏。

图 5  电源模块连接框图

三、模块不能正常启动

1、电源模块输出端通常推荐增加一定的滤波电容，由于认识的不足，使得模块输出端容性负载过大，模块启动不良。

图 6  ZY_WRFCS-3W中12系列模块参数

ZY1205WRFCS-3W模块，通过查阅数据手册如图6部分，建议模块最大输出电容为2200μF。建议模块外接的输出电容值不大于产品手册规定的最大容性负载。

注意：模块输出端有增加LDO，LDO之后的容性负载也算电源模块的容性负载。

2、模块在测试时，输入电源经常会限制电流，以防止模块烧坏。当模块带负载启动时，若没有将输入电源限流点调高，会使得模块启动不良。

3、模块应用电路中，由于模块的启动时间的差别，使得后级电路有上电顺序的差别。后级部分电路先上电，可能导致模块内部变压器短路，使得模块上电损坏。建议在模块的输出负端到输出正端之间增加一个导通压降小的二极管。

四、输出纹波噪声大

1、模块在使用时，负载为动态负载，使得模块输出电压峰峰值变大，而这已经不是纹波噪声。

图 7  50%到75%负载周期性突变的输出电压波形

如图7所示，E2405UHBD-20W模块负载电流50%到75%负载周期性突变时的输出电压波形，这个已经不是纹波噪声。由产品数据手册知，这个参数为瞬态响应。

纹波噪声测试还需要注意测试方法，常用测试方法有靠接发、平行线测试法、双绞线测试法等。

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