随着科技的进步和人们对生活品质的追求，电子产品已经深入到我们生活的方方面面。而作为电子产品中的核心组件，PCB 的设计直接关系到产品的性能和稳定性。尤其在降压转换器这一领域，PCB 设计的重要性更是不可忽视。那么，什么是降压转换器？它为何如此重要？又该如何进行 PCB 设计呢？
一、降压转换器 PCB设计要求
1、降压转换器设计要求
降压转换器要求：
4.5V至17V输入电压
0.76V 至 7V 可调输出电压
1A 最大输出电流
2、电源要求
输入电压7.0~14.0V
输出电压5.0V
输出电流1.0A
这是 5V 电源墙上电源适配器的典型要求，你可以使用9V电池供电。
二、原理图设计
1、输出电阻选择
TPS561208作为主要芯片，也是设计的第一步，选择输出电压电阻将输出电压设置为5V。
电阻可以用以下公式计算：
电阻计算 电阻的选择上需要注意，阻值如果比较低，意味着转换器不容易受到噪声的影响，但是，低负载时效率会降低，从从数据表中的推荐表中选择 R2 电阻值为 10k Ohm，然后根据以下公式计算 R1 值：
R1 值 R1 值 由于 55.104kΩ电阻不是标准值，因此选择了 56.2 kΩ值，可以提供了 5.08 V 的输出。
R1 2、输入电容选择
数据手册建议输入电容为 10 uF 或更大，选择 22 uF 的电容，因为许多 9V 壁式适配器的噪音很大。
输入电容 3、电感选择
电感选择稍微麻烦点，也是从数据手册的推荐中选择。
推荐元件值
这里要注意，要选择饱和电流和额定电流不大于1A的电感。
4、输出电容
为了获得稳定的转换器，建议输出电容为 20 至 68 uF。在此设计中，选择了单个中值 47 uF 电容。
必须要充分了解电源的功能，这样才可以及时调整数值，例如，如果电源负载快速变化，需要添加容值更高的电源。
5、自举电容
除了输入和输出电容，还需要自举电容，这里使用0.1 uF 陶瓷电容。
6、连接器
连接器的选择比较多，因为没有规定连接要求，选择了 TE Connectivity 的 2 针接线盒，以方便连接电线和测试电路板，端子快很容采购，也可以替换其他具有2.54通用收缩量的端子块连接器。
为 TPS561208DDCR 设计的降压转换器 PCB 布局 三、初始PCB设计
刚开始设计出的PCB设计，性能比较差。
初始PCB设计 主要存在以下问题：
1、没有参考数据手册中推荐的布局和设计提示。
数据表中的 PCB 布局示例
2、电感和电感环路的开关路径没有正确布线，可能会导致过度串扰和EMI问题。
开关稳压器的电流环路布局会极大地影响稳压器稳定性以外的性能，可能会导致噪音很大。
这是初始 PCB 设计中的两个电流环路，输入（蓝色）和输出（红色）如下所示：
第一个 DC-DC 设计降压转换器的输入和输出电流环路 PCB 布局
通过稳压器的电流路径应该尽可能短且宽，这样可以最大限度的减少辐射发射。
四、PCB设计布局改进
1、元件放置
PCB布局改进的第一步是元件的位置要正确，元件布局也是参考的数据手册上的布局，稍微作了修改。
参考数据手册推荐的布局和设计技巧来放置组件
2、手动布线
注意不是自动，要手动布线，这个时候可以跟踪流经输入和输出环路以及电路的电流，这样的话，你可以看到环路有多长以及电流流向哪个方向。
PCB手动布线
手动路由后，查看当前的环路，输入环路变化不大，但输出环路的变化却有很大改善。
输入环路变化不大，但输出环路的变化却有很大改善
3、添加边框到输入和输出环路，实现低阻抗
添加边框 4、添加顶层和底层
最后，添加顶层和底层，下面为改进后的降压稳压器布局的 PCB设计。
改进后降压稳压器布局的 PCB 设计
改进后降压稳压器布局的 PCB 3D视图
PCB布局改进后，输出电流环路更小了，并且输入和输出电流环路朝向相同的方向。
五、PCB设计总结
在设计可调输出稳压器原理图时，需要谨慎选择输出分压器，高阻值的分压器可以提高轻负载的稳压器效率，但噪音可能会增加。如果选择低阻止的分压器那效果也是相反。
输入电容的选择也很复杂，要考虑输入电源电压纹波和噪声以及调节器的需求，而且输入电容还会影响电源电压上的传导噪声水平，如果传导到电缆中，可能会导致EMC认证不成功。
开关模式稳压器上的电感也非常重要，要确保不会饱和并且可以高效运行。输出电容的类型和参数则会影响输出电压轨上的传导噪声。
PCB布局对于降压转换器也非常重要，电流环路的走线应该尽可能短和宽，确保输入和输出电容的两个引脚都有一条返回稳压器的简单路径，电流环路应短、呈圆形且流向相同方向，以降低 EMI。
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发表于 2024-1-29 11:33:52
