低功耗DC-DC电源模块的精细化PCB设计

初学者7230 · 发表于 2024-2-6 15:16:50

在电子设备中，电源模块是核心组件，将输入直流电压转为设备所需的各种直流电压。DC-DC电源转换器，特别是基于开关方式的转换器，因其高效、小体积和轻重量等优点被广泛应用。但设计优秀的DC-DC电源转换器并不容易。布局、电磁兼容性、电流和散热管理等方面均需深思熟虑和精细调整。
为优化供电性能，开关电源应靠近芯片放置，避免输出线过长导致压降。为降低电磁干扰，避免在开关电源周围布置敏感元器件。为增强稳定性和可靠性，需考虑布线策略、地线加粗、散热地设计等因素。

一、DC-DC电源应用介绍

1、DC-DC应用类型简介

DC-DC电源是直流电压转换的核心设备，包括LDO等类型。其中，利用开关方式实现的器件常被称为DC-DC转换器。这类电源具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、可靠性高等优点，并能抗干扰、宽范围输出，因此在电子领域被广泛应用。

2、DC-DC电源工作原理

DC-DC电源的工作原理涉及到电压的转换和调节。这个过程主要是通过开关电源的变换器来实现的。DC-DC变换器在开关电源中负责将输入的直流电压转换为所需的输出直流电压。一般情况下，这个变换器的工作原理可以分为三个主要步骤：
1) 滤波：当市电经过输入开关接通后，首先经过整流电路变成脉动直流电，再经过滤波电路滤除纹波，变成平滑直流电，供给变换器进行变换。
2) 变换： DC-DC变换器将输入电压通过功率开关管和储能电感产生一定的脉冲功率，然后利用脉冲变压器、整流滤波电路，得到相应的输出电压。电压的转换通过PWM（脉宽调制）或PFM（频率调制）控制开关管的开关时序来实现。在开关电源中，开关管的开关速度非常快，一般在几十微秒的时间内完成开关动作，这个速度要比传统线性电源的调整速度快很多。
3) 调节：输出电压的稳定是通过反馈环路来实现的。当输出电压升高时，通过取样电阻取得的样本信号就会升高，这个信号与基准电压比较后得出的误差信号就会增大，然后通过PWM或PFM控制的方式减小开关管的导通时间，从而降低变换器输出的平均功率，实现输出电压的稳定。