电商学院建设设计网站,广告公司起名如何起,wordpress 社交登陆,网站建设在医院的作用1 介绍 随着时代的发展#xff0c;工业#xff0c;车载#xff0c;通信#xff0c;消费类等产品都提出了小型化#xff0c;智能化的需求。相应的#xff0c;对于这些系统中的电源模块提出了小型化的要求。目前#xff0c;市场上依然存在很多异步Buck电源管理芯片使用的场…1 介绍 随着时代的发展工业车载通信消费类等产品都提出了小型化智能化的需求。相应的对于这些系统中的电源模块提出了小型化的要求。目前市场上依然存在很多异步Buck电源管理芯片使用的场景针对这些应用采用同步Buck电源管理芯片进行升级可以增加集成度提升电源效率。然而在升级替换的过程中需要注意PCB的布局。如果需要不更改PCB布局直接升级替换需要在元器件选择上有所注意。本文首先对同步Buck异步Buck进行介绍给出同步Buck的PCB布局注意事项然后结合实例给出替换中可以采取的保证电源正常工作的方法供工程师参考。
2 同步Buck和异步Buck 图 1 异步Buck变换器 图 2 同步Buck变换器
图 2所示异步Buck变换器采用肖特基二极管作为续流管而同步Buck变换器用MOSFET替代肖特基二极管进行续流由于MOSFET的导通电阻很低所以导通损耗较低而肖特基二极管的损耗为其正向导通压降乘以电流损耗较大。
表格1 同步Buck和异步Buck优缺点对比
上面提到的同步Buck的控制复杂需要额外的驱动电路和控制电路保证电路正常工作如果死区时间处理不当有可能上下管直通造成MOS管损坏。这是指电源控制器外接同步整流MOSFET的情况对于内部集成了控制器上下管的电源管理芯片由于MOSFET的特性已知控制和MOSFET集成可以很好的解决上面提到的控制问题不需要过多担心。以SCT2432为例同步整流MOSFET集成在芯片内部方便控制稳定可靠同时节省PCB面积。 图 3 SCT2432典型应用原理图
3 同步Buck PCB布局注意事项 图 4 异步Buck变换器工作 图 5 同步Buck变换器工作
图 4和图 5所示在功率管关断期间异步Buck通过外置的二极管进行续流在这个阶段芯片内部的地受到的干扰较小而对于同步Buck在这个阶段续流电流流经芯片内部的地芯片内部地受到的干扰大。异步Buck对于续流二极管的开通不需要控制而同步Buck需要对同步整流MOSFET进行控制如果地电平不稳定会影响内部控制电路工作。同时Buck电路在开关切换时大的di/dt在PCB的寄生电感上会产生压降形成谐振而MOSFET的体二极管的反向恢复特性较差不能像肖特基二极管那样快速恢复。因此对于同步Buck的布局地的设置需要区分模拟地和功率地两个地实现单点连接。
图 6是SCT2432的EVM布局示例可以看到功率器件输入电容输出电容和对于异步Buck而言的续流二极管的地共用一块铜皮这是功率地模拟配置的外围器件反馈分压电阻缓起电容等处于同一个地这是模拟地。两个地只在芯片的GND管脚处单点连接。这样可以有效防止功率地上的变化干扰到模拟电路工作大大提升了系统稳定性。 图 6 同步Buck变换器工作
此外由于同步Buck电源管理芯片将同步MOSFET集成到芯片内部热更加集中需要对散热合理规划。首先将芯片放置在离热源较远的位置其次在顶层的地需要足够大保证散热效果地层放置地平面芯片的散热焊盘下面打过孔阵列保证对地平面的阻抗足够低推荐采用直径为8mil的过孔。为了保证顶层的地面积足够大Boot电容的走线可以放置在非顶层。
输出电感放置在离SW管脚近的位置同时保证两者之间的连接线短而粗。输入的滤波电容放置在离VIN管脚和GND最近的位置最大化减少寄生参数的影响。
4 同步Buck直接替换异步Buck工作异常解决方法 在同步Buck替换异步Buck时存在不改PCB直接P2P替换的情况。此时如果PCB布局不合理是存在替换完无法稳定正常工作的情形的。对于这样的情况我们可以采取以下几种措施进行尝试有机会不改PCB也能实现电源正常工作。 图 7 不合理布局示例
图 7是一个不合理布局示例可以看到输入和输出电容分别位于散热焊盘的两边反馈的地和功率地直接相连功率地和模拟地没有分离。图 8是在这种布局情况下满负载工作的波形可以看到输出电压是稳定的但是SW点的开关波形是不稳定的电路处于次稳态。 图 8 24VIN5VOUT3.5A输出电流波形
4.1 反馈下分压电阻并联1nF电容 在反馈下分压电阻旁并联1nF对地电容可以提升抗干扰能力图 9是增加电容后的工作波形可以发现SW的波形不再存在大小波的情况工作频率稳定。 图 9 增加1nF对地电容后24VIN5VOUT3.5A输出电流波形
4.2 减小反馈分压电阻 如果原有的PCB布局时没有预留下分压电容位置可以适当减小反馈分压电阻阻值牺牲部分效率增加反馈电流增加反馈网络抗干扰能力对于稳定系统也有帮助。图 10是分压电阻改为原来的十分之一后的工作波形表明系统进入稳态。推荐的下分压电阻最小值不要小于1kΩ否则增加的固定损耗过大影响电源整体效率。 图 10 将反馈分压电阻从53.6k/10.2k减小为5.36k/1.02k后工作波形
5 总结 本文介绍了同步Buck和异步Buck的结构对两者的优缺点进行了对比同步Buck对于提升效率提升产品效能有较大的作用。同时针对同步Buck替换异步Buck的趋势详细介绍了PCB布局时的注意事项最重要的是进行模拟地和功率地的区分采用单点接地模式。对于不合理PCB布局直接升级替换的情况给出了增加下分压电阻并联1nF电容和减小分压电阻阻值的方法进行调整有助于工程师减小工作量快速实现非同步方案转同步方案。
参考原文《异步Buck升级为同步Buck注意点总结》
