硬件电路设计-开关电源设计

这里以杰华特的JW5359M 开关电源为例，介绍各个部分的功能电路。

当EN引脚电压低于0.4V时，整个稳压器关闭，稳压器消耗的电源电流降至1μΑ以下

电容选取

1.C1和C25构成输入电容，其中C1大电容为可选，主要作用是放置于电源连接器附近，用于消除电源插拔时的尖峰电压；C25 22uf要靠近开关电源的电源输入管脚放置。C25电容选型除了耐压要满足输入电压要求外，还要选用低ESR的电容，建议用陶瓷MLCC电容。
2.C16为自举电容，用于在DCDC内部下管关闭后能够迅速将上管栅极的电压提高至上管导通，在选型时要注意C16的耐压要大于输入电压。
3.C34为输出电容，输出电容比较重要，与功率电感一起，影响着DCDC的纹波电压大小。通常选用22uF~44uF的陶瓷电容。也可通过公式计算具体的数值。
计算公式为：

例如： VIN=12V,VOUT=3.3V，L=3.3uH为例。
1.设定目标输出纹波
取 ΔVOUT =50mV。
2. 计算纹波电压各分量
**电感纹波分量(与 RESR相关)😗*假设 RESR =0.05Ω(陶瓷电容典型值),则：
电容纹波分量（与 COUT相关）：
总纹波：

注意：容值误差：陶瓷电容（X5R）在常温下容值误差为 ±15%，高温下可能降至标称值的 85%，需留裕量。

设置输出电压

该芯片的输出电压根据R3和R4的分压电阻进行选择。公式为：

反馈电压VFB=0.765V,R4=16K（文档推荐值）。则R3的计算则为：

例如：我想输出3.7V的电压，R3和R4则为：
R4：使用推荐值16K。
R3：R3=16k*((3.7/0.765)-1)=61.38K

注：在选取阻值时应选取高精度，确保输出电压稳定。

常用电压对应电阻表格

输出电压	R4	R3
0.8V	16kΩ	0.73kΩ
1.0V	16kΩ	4.9kΩ
3.3V	16kΩ	53kΩ
5.0V	16kΩ	88.6kΩ

电感的选取

1.电感值计算
电感值决定了纹波电流和效率，通常取纹波电流 ΔIL为最大负载电流的 40%。计算公式：

FS：开关频率，典型值 600kHz。
ΔIL:纹波电流，取 0.4×ILOAD_MAX（如最大负载电流 2A 时，ΔIL=0.8A)。
例如：以上面要求输出3.7V为例，电感应选为：
L=3.7/(60.8)(1-3.7/12)=5.3uh

在电感的选取中除了电感值外，还需注意 饱和电流(I sat ),等效直流阻抗(DCR),自谐振频率(f SR)

2.饱和电流（Isat ）
也就是导致功率电感磁饱和时的最大电流。功率电感进入磁饱和后，此时电流的增大不再转换为磁通量的增加，即立刻失去了电感的特性，导致短路大电流。电感的饱和电流一定要大于DCDC输出的最大峰值电流。注意，最大峰值电流并不等于输出电流。而是等于输出电流加上最大纹波电流，最大纹波电流可以按照输出电流的50%来估算。比如DCDC的最大输出电流为1A，则最大纹波电流为0.5A，于是最大峰值电流为1.5A，因此选择功率电感的饱和电流要大于1.5A。
3.温升电流（Irms）
功率电感的饱和电流不是固定不变的，通常会随着温度的升高而饱和电流降低。通常Irms是指电感温度在40度时的饱和电流。所以温升电流（Irms）通常会小于额定的饱和电流（Isat）。所以在做电感选型时主要Irms也要高于DCDC的最大峰值电流。
4.等效直流阻抗（DCR）
也就是功率电感的内阻，主要影响电感的发热，较大的内阻会使得功率电感温度更容易升高，从而降低功率电感的感值和饱和电流。通常功率电感的内阻通常与封装大小直接相关，相同感值下封装更大的电感往往内阻较小。
5.自谐振频率（fSR ）
匹配要求：电感的自谐振频率应远高于开关频率。(JW5359 开关频率为 600kHz，建议fSR>3MHz），避免电感在工作频率下呈现电容特性，影响滤波效果。

PCB布局

1.输入电容和输出电容直接放置在输入输出管脚的近端，同时电容地管脚直接就近连接到芯片的地管脚，从而整个输入输出电流环路面积最小。
2.优先布局输入输出电容，首先将输入输出电容靠近芯片放置，再考虑其他部分的布局。
3.输入输出电容的地管脚和DCDC芯片地管脚直接的回路连接，要尽量在表层连接，最好有一定宽度的覆铜。不建议通过过孔通过其他层连接，效果较差。
4.芯片SW管脚与电感连接的走线尽量短，以减小对外的辐射。

典型电路