DC-DC變換器(DC-DC converter)是指在直流電路中將一個(gè)電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€(gè)電壓值的電能的裝置。DC-DC是一種新研制的小型化電源開(kāi)關(guān)模塊，它是采用微電子技術(shù)，把小型表面安裝集成電路與微型電子元器件組裝成一體而構(gòu)成。DC-DC電源模塊的使用有利于簡(jiǎn)化電源電路設(shè)計(jì)縮短研制周期，實(shí)現(xiàn)最佳指標(biāo)等，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)數(shù)字儀表和智能儀器中。DC-DC電源模塊廣泛用于電力電子、軍工、科研、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、儀器儀表、交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動(dòng)通訊、路由器等通信領(lǐng)域和工業(yè)控制、汽車(chē)電子、航空航天等領(lǐng)域。由于采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級(jí)容易等特點(diǎn)，電源模塊的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，電源模塊的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導(dǎo)體工藝、封裝技術(shù)和高頻軟開(kāi)關(guān)的大量使用，電源模塊功率密度越來(lái)越大，轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高，應(yīng)用也越來(lái)越簡(jiǎn)單。

一、隔離

1、噪聲隔離：(模擬電路與數(shù)字電路隔離、強(qiáng)弱信號(hào)隔離)2、安全隔離：強(qiáng)電弱電隔離\IGBT隔離驅(qū)動(dòng)\浪涌隔離保護(hù)\雷電隔離保護(hù)(如人體接觸的醫(yī)療電子設(shè)備的隔離保護(hù))3、接地環(huán)路消除：遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸\分布式電源供電系統(tǒng)

二、電壓變換

升壓變換\降壓變換\交直流轉(zhuǎn)換(AC/DC、DC/AC)\極性變換(正負(fù)極性轉(zhuǎn)換、單電源與正負(fù)電源轉(zhuǎn)換、單電源與多電源轉(zhuǎn)換)

三、保護(hù)

短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、其它保護(hù)

四、降噪

采用有源濾波

五、穩(wěn)壓

交流市電供電\遠(yuǎn)程直流供電\分布式電源供電系統(tǒng)\電池供電

一站式PCBA智造廠家今天為大家講講DCDC電源模塊的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些?DC-DC電路PCB設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)。DC-DC電路的PCB設(shè)計(jì)比LDO會(huì)復(fù)雜很多，噪聲也更大，布局和layout要求更高，layout的好壞直接影響DC-DC的性能，所以了解DC-DC的layout至關(guān)重要。

一、Bad layout

- EMI，DC-DC的SW管腳上面會(huì)有較高的dv/dt， 比較高的dv/dt會(huì)引起比較大的EMI干擾;

- 地線噪聲，地走線不好，會(huì)在地線上面會(huì)產(chǎn)生比較大的開(kāi)關(guān)噪聲，而這些噪聲會(huì)影響到其它部分的電路;

- 布線上產(chǎn)生電壓降，走線太長(zhǎng)，會(huì)使走線上產(chǎn)生壓降，而降低整個(gè)DC-DC的效率;

二、一般原則

- 開(kāi)關(guān)大電流回路盡量短;

- 信號(hào)地和大電流地(功率地)單獨(dú)走線，并在芯片GND處單點(diǎn)連接;

1. 開(kāi)關(guān)回路短

下圖中紅色LOOP1為DC-DC高邊管導(dǎo)通，低邊管關(guān)閉時(shí)的電流流向;綠色LOOP2的為高邊管關(guān)閉，低邊管開(kāi)啟時(shí)的電流流向;

為使這兩個(gè)回路盡量小，引入更少的干擾，需要遵從如下幾點(diǎn)原則：

- 電感盡量靠近SW管腳;

- 輸入電容盡量靠近VIN管腳;

- 輸入輸出電容的地盡量靠近PGND腳;

- 使用鋪銅的方式走線;

為什么要這么做?

- 走線過(guò)細(xì)過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大阻抗，大電流在此大阻抗上會(huì)產(chǎn)生比較高的紋波電壓;

- 走線過(guò)細(xì)過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大寄生電感，此電感上耦合開(kāi)關(guān)噪聲，影響DC-DC穩(wěn)定性，造成EMI問(wèn)題;

- 寄生電容和阻抗會(huì)增大開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，影響DC-DC效率;

2. 單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地，指的是信號(hào)地和功率地進(jìn)行單點(diǎn)接地，功率地上會(huì)有比較大的開(kāi)關(guān)噪聲，所以需要盡量避免對(duì)敏感小信號(hào)造成干擾，如FB反饋管腳。

- 大電流地：L，Cin，Cout，Cboot連接到大電流地的網(wǎng)絡(luò);

- 小電流地：Css，Rfb1，Rfb2單獨(dú)連接到信號(hào)地的網(wǎng)絡(luò);

TI的一個(gè)開(kāi)發(fā)板的layout，紅色為上管開(kāi)時(shí)的電流路徑，藍(lán)色為下管開(kāi)時(shí)的電流路徑;如下的layout有如下比較好的優(yōu)點(diǎn)：

- 輸入輸出電容的GND用銅皮進(jìn)行連接，擺件時(shí)，兩者的地盡量放一起;

- DC-DC Ton和Toff時(shí)的電流路徑都很短;

- 右邊小信號(hào)是單點(diǎn)接地，距離比較遠(yuǎn)，免受左邊大電流開(kāi)關(guān)噪聲的影響;

三、實(shí)例

如下給出一個(gè)典型DC-DC BUCK電路的layout，SPEC中給出如下幾點(diǎn)：

- 輸入電容，高邊MOS管，和續(xù)流二極管形成的開(kāi)關(guān)回路盡可能小和短;

- 輸入電容盡可能靠近Vin Pin腳;

- 確保所有反饋連接短而直接，反饋電阻和補(bǔ)償元件盡可能靠近芯片;

- SW遠(yuǎn)離敏感信號(hào)，如FB;

- 將VIN、SW，特別是GND分別連接到一個(gè)大的銅區(qū)，以冷卻芯片，提高熱性能和長(zhǎng)期可靠性;

DC-DC BUCK典型電路

DC-DC電路的layout至關(guān)重要，直接影響到DC-DC的工作穩(wěn)定性和性能，一般DC-DC芯片的SPEC都會(huì)給出layout指導(dǎo)，可參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在電子設(shè)備中，電源模塊是核心組件，將輸入直流電壓轉(zhuǎn)為設(shè)備所需的各種直流電壓。DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，特別是基于開(kāi)關(guān)方式的轉(zhuǎn)換器，因其高效、小體積和輕重量等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但設(shè)計(jì)優(yōu)秀的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器并不容易。布局、電磁兼容性、電流和散熱管理等方面均需深思熟慮和精細(xì)調(diào)整。

為優(yōu)化供電性能，開(kāi)關(guān)電源應(yīng)靠近芯片放置，避免輸出線過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致壓降。為降低電磁干擾，避免在開(kāi)關(guān)電源周?chē)贾妹舾性骷?。為增?qiáng)穩(wěn)定性和可靠性，需考慮布線策略、地線加粗、散熱地設(shè)計(jì)等因素。

DC-DC應(yīng)用類(lèi)型簡(jiǎn)介

DC-DC電源是直流電壓轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，包括LDO等類(lèi)型。其中，利用開(kāi)關(guān)方式實(shí)現(xiàn)的器件常被稱為DC-DC轉(zhuǎn)換器。這類(lèi)電源具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并能抗干擾、寬范圍輸出，因此在電子領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

DC-DC電源工作原理

DC-DC電源的工作原理涉及到電壓的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。這個(gè)過(guò)程主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DC-DC變換器在開(kāi)關(guān)電源中負(fù)責(zé)將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出直流電壓。一般情況下，這個(gè)變換器的工作原理可以分為三個(gè)主要步驟：

1) 濾波：當(dāng)市電經(jīng)過(guò)輸入開(kāi)關(guān)接通后，首先經(jīng)過(guò)整流電路變成脈動(dòng)直流電，再經(jīng)過(guò)濾波電路濾除紋波，變成平滑直流電，供給變換器進(jìn)行變換。

2) 變換：DC-DC變換器將輸入電壓通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管和儲(chǔ)能電感產(chǎn)生一定的脈沖功率，然后利用脈沖變壓器、整流濾波電路，得到相應(yīng)的輸出電壓。電壓的轉(zhuǎn)換通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)或PFM(頻率調(diào)制)控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度非?？?，一般在幾十微秒的時(shí)間內(nèi)完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作，這個(gè)速度要比傳統(tǒng)線性電源的調(diào)整速度快很多。

3) 調(diào)節(jié)：輸出電壓的穩(wěn)定是通過(guò)反饋環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，通過(guò)取樣電阻取得的樣本信號(hào)就會(huì)升高，這個(gè)信號(hào)與基準(zhǔn)電壓比較后得出的誤差信號(hào)就會(huì)增大，然后通過(guò)PWM或PFM控制的方式減小開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而降低變換器輸出的平均功率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。