在DC/DC变换器设计中，DC-DC电源布局布线建议

在DC/DC变换器设计中，对于两路输出功率不相等的模块来说，其设计主要有两种方法：一是采用变压器绕组，并利用耦合电感和低压稳压电路进行二次稳压方法。二是采用变压器次级多绕组来分别输出两路相对独立的电压。其中方法一虽然可以提高电路的稳定度，保证输出电压的精度，但是会增加电路的损耗，因为二次稳压电路的输入和输出电压差越小，稳压电路功耗就越小，而该项目两路输出功率相差很大(分别为55W和2.5 W)，主路功率变化范围也较大。而若采用方法二，又由于反馈只能控制一路电压，所以只能有一路输出电压的精度得到保证，另一路电压只能靠变压器和滤波电感预稳，而主路输出功率变化较大又必然带来辅路变压器次级电压的较大变化，因而无法保证输出电压的精度。为此，本设计采用两路输出来分别独立地控制和反馈，这样既可以精确控制输出电压，又可以减小因二次稳压带来的损耗。

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。

二、关键器件的选择

1、输出电感

电感储存磁能，确保电流稳定输出。选择电感时需权衡大小，大电感损耗小但响应慢，小电感快速响应但损耗大。考虑饱和电流，保证滤波效果。

2、分压电阻

分压电阻形成分压网络，反馈输出电压给控制电路，精准控制PWM占空比，稳定输出电压值。选择高精度电阻，确保电路精确性。

3、输入电容

选择输入电容需考虑等效电感和自谐振频率。大容值电容滤除低频噪声，小容值电容滤除高频噪声。组合并联使用可实现优异滤波效果，稳定输入电压并滤除交流成分。

4、输出电容

输出电容滤除开关纹波，确保输出电流纯净。容值越大，阻抗越小，纹波更容易流过。选择合适的输出电容对电路稳定工作至关重要。

在挑选这些核心组件时，我们需要综合考虑各种因素以求达到最佳平衡。比如电感的选取就在效率和响应速度之间寻找平衡;而分压电阻则需要精确稳定地反馈电压;输入输出电容则需要根据不同的工作频率噪声特性来进行挑选;最后的输出电容更是要综合考虑容值和ESR以最小化纹波。通过精心的挑选，我们可以使电路在高效、稳定的状态下工作，从而将电路的性能发挥到极致。

三、DC-DC电源布局布线建议

电源模块布局布线可提前下载芯片的datasheet(数据表),按照推荐的布局和布线进行设计。

1、布局设计

1)芯片电源接近原则：对于为芯片提供电压的开关电源，应确保它尽量靠近芯片放置。这样可以避免低电压输出线过长，从而减少压降，确保供电性能不受影响。

2)避免电磁干扰：开关电源在高电压大电流的状态下工作，可能会引发复杂的电磁兼容性问题。因此，开关电源周围应避免布置敏感元器件，以减少电磁干扰对元器件工作的影响。

3)以电源芯片为核心布局：在布局时，应以开关电源芯片为核心元器件进行组织。电源滤波器的输入及输出端在布局时要确保足够的距离，防止噪声从输入端耦合到输出端。元器件应整齐、紧凑地排列在PCB上，以减少和缩短各元器件间的引线和连接。

DC/DC 转换电路主要分为以下三类：

(1) 稳压二极管稳压电路

(2) 线性(模拟)稳压 电路

(3) 开关式稳压 电路

齐纳二极管是最简单的设计方案。该稳压电路结构简单，但负载能力差，输出功率小。选择齐纳二极管时，可按如下估算：

(1) Uz=Vout;

(2) Izmax=(1.5-3)ILmax

(3)输入电压=(2-3)输出电压

该电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受稳压器最大工作电流、输出电压的限制，不能同时调节，因此该电路适用于不需要输出电压的场合待调整，负载电流小，要求不高。

稳压电路的另一种形式 ，有些芯片对电源电压要求较高，如AD DA芯片的参考电压等，此时常用一些常用的电压参考芯片如TL431、MC1403、REF02等。

TL431是最常用的基准源芯片，具有良好热稳定性的三端可调分压源。它的输出电压可以通过两个电阻任意设置为 Vref(2.5v) 和 36V 之间的任何值。其他几种参考电压源芯片电路类似。

串联稳压电源电路知识：串联稳压器是直流稳压器的一种，实际上是三端稳压器出现之前常见的直流供电方式。在三端稳压器出现之前，串联稳压器通常有OP放大器和稳压二极管组成检错电路。

线性(模拟)集成稳压电路的常用设计方案 。

线性稳压电路设计主要基于三端集成稳压器。三端稳压器主要有两种类型：

第一类输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器。三端稳压器常见的产品有78系列(正电源)和79系列(负电源)。输出电压在具体型号中用最后两位数字表示，分别为5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等档次。输出电流以78(或79)后的字母区分，L表示0.1a，M表示0.5a，无字母表示1.5a。比如表78L05，5V就是0.1a。