電源設計 - 開關穩壓 IC(非隔離型)

設計需考慮因素

開關電源的設計至少要考慮以下條件：

輸入 / 輸出電壓：按照器件的推薦工作電壓范圍選用，考慮實際電壓的波動范圍，確保不超出器件規格。

輸出電流：輸出電流要保留一定的余量，還需要評估電路的瞬間峰值電流和發熱的情況，并滿足降額要求。

紋波：紋波是衡量電路的輸出電壓波動的重要參數，要關注輕載和重載紋波。通常選用示波器 20 M 帶寬來測試。

效率：要同時關注輕載和重載兩種情況。輕載會影響待機功率，重載影響溫升。通常看 12 V 輸入，5 V 輸出下 10 mA 的效率，一般需要達到 80% 以上。

瞬態響應：瞬態響應特性反應負載劇烈變化時，系統是否能及時調整以保證輸出電壓的穩定。要求輸出電壓波動越小越好，一般按峰峰值 10 % 以下要求。

開關頻率：通常在 500 kHz 以上，關系到電感電容的選用，其它如 EMC，輕載下噪音等問題也與之有關。

反饋參考電壓及精度：反饋電壓要與內部的參考電壓相比較，配合外部的反饋分壓電阻，輸出不同電壓。不同產品的參考電壓會有不同，如 0.6-0.8 V，反饋電阻要選用 1% 精度。

線性穩定度和負載穩定度：線性穩定度反映輸入電壓變化輸出電壓穩定性;負載穩定度反映輸出負載變化輸出電壓穩定性。一般要求 1%，最大不要超 3%。

EN 電平：EN 高低電平要滿足器件規格要求，有些 IC 不能超出特定電壓范圍。由于時序控制的需要，該引腳會增加電容，為了電平調節和關斷放電，同時要有對地電阻。

保護性能：要有過流保護 OCP，過熱保護 OTP 等，并且保護后條件消失能自恢復。

其它：項目要求有軟啟動;熱阻和封裝;使用溫度范圍要能覆蓋高低溫等。

選用原則：普遍性、高性價比、易采購、生命周期長、兼容和可替代、降額、易生產和歸一化。

調制方式

PFM(脈沖頻率調制方式)

開關脈沖寬度不變，通過改變脈沖輸出頻率，使輸出電壓達到穩定。適合長時間使用(尤其是小負載)，具有耗電小的優點。

PWM(脈沖寬度調制方式)

開關脈沖的頻率不變，通過改變脈沖寬度，使輸出電壓達到穩定。效率高且具有較低的紋波和噪聲。

功率電感底部是否可以鋪地銅

從 EMI 的角度，建議鋪銅;從電感感量的角度，對于屏蔽型電感，電感感量基本沒有影響，因此也建議鋪銅;對于工字型電感，鋪銅對電感感量有少許影響，可以視情況而定。

實驗判斷電感是否飽和

除此之外，也可從異常溫升、嘯叫等情況來判斷。

外圍器件選擇的要求

輸入 / 輸出電容：需要滿足耐壓(1.5-2 倍以上輸入電壓)和輸入紋波的要求。

BST 電容：自舉啟動電容，用于抬高電壓開啟芯片內上管。一半按照數據手冊的推薦值(一般 0.1-1uF)，耐壓一般要高于輸入電壓。

電感：不同輸出電壓的要求感量不同;注意溫升和飽和電流要滿足余量要求，一般最大電流的 1.3 倍以上(或電感飽和電流必須大于最大輸出電流+ 0.5*電感紋波電流)。

反饋電容：按數據手冊要求取值，不同廠家芯片取值不同，輸出電壓不同也會有不同的要求。

反饋電阻和 EN 分壓電阻：要求按規格書取值，精度需選取 1%。

開關電源紋波分析

PCB Layout 要求

電感：優先選擇一體成型的電感，因為它們有較低的 EMI。

反饋網絡：反饋走線需要盡可能離電感和電源噪聲走線遠。在滿足第一個條件下，可以盡量讓走線短而粗。最好是走線在與電感相對的 PCB 的另一側，并在中間用地平面隔開。下分壓電阻通常接信號地 AGND 反饋走線可以包地。

去耦電容：輸入去耦陶瓷小電容應該盡量靠近芯片的 V_INVIN 和 GND，減少寄生電感;電容負極可增加過孔，減少阻抗。一般還需要前饋電解大電容，電源輸入先過大電容再過小電容。

功率回路盡可能的短粗，保持較小的環路面積，較少噪聲輻射。電感靠近 SW 引腳，遠離反饋線。輸出電容靠近電感，地端增加地過孔。

BST 的電容走線盡量短，不要太細。

芯片散熱要按設計要求，盡量在底下增加過孔散熱。