DC-DC變換器(DC-DC converter)是指在直流電路中將一個電壓值的電能變?yōu)榱硪粋€電壓值的電能的裝置。DC-DC是一種新研制的小型化電源開關模塊，它是采用微電子技術，把小型表面安裝集成電路與微型電子元器件組裝成一體而構成。DC-DC電源模塊的使用有利于簡化電源電路設計縮短研制周期，實現(xiàn)最佳指標等，可廣泛應用于各類數(shù)字儀表和智能儀器中。DC-DC電源模塊廣泛用于電力電子、軍工、科研、工控設備、通訊設備、儀器儀表、交換設備、接入設備、移動通訊、路由器等通信領域和工業(yè)控制、汽車電子、航空航天等領域。由于采用模塊組建電源系統(tǒng)具有設計周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級容易等特點，電源模塊的應用越來越廣泛。尤其近幾年由于數(shù)據(jù)業(yè)務的飛速發(fā)展和分布式供電系統(tǒng)的不斷推廣，電源模塊的增幅已經(jīng)超出了一次電源。隨著半導體工藝、封裝技術和高頻軟開關的大量使用，電源模塊功率密度越來越大，轉換效率越來越高，應用也越來越簡單。

一、隔離

1、噪聲隔離：(模擬電路與數(shù)字電路隔離、強弱信號隔離)2、安全隔離：強電弱電隔離\IGBT隔離驅動\浪涌隔離保護\雷電隔離保護(如人體接觸的醫(yī)療電子設備的隔離保護)3、接地環(huán)路消除：遠程信號傳輸\分布式電源供電系統(tǒng)

二、電壓變換

升壓變換\降壓變換\交直流轉換(AC/DC、DC/AC)\極性變換(正負極性轉換、單電源與正負電源轉換、單電源與多電源轉換)

三、保護

短路保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、其它保護

四、降噪

采用有源濾波

五、穩(wěn)壓

交流市電供電\遠程直流供電\分布式電源供電系統(tǒng)\電池供電

一站式PCBA智造廠家今天為大家講講DCDC電源模塊的PCB設計要點有哪些?DC-DC電路PCB設計注意要點。DC-DC電路的PCB設計比LDO會復雜很多，噪聲也更大，布局和layout要求更高，layout的好壞直接影響DC-DC的性能，所以了解DC-DC的layout至關重要。

一、Bad layout

- EMI，DC-DC的SW管腳上面會有較高的dv/dt， 比較高的dv/dt會引起比較大的EMI干擾;

- 地線噪聲，地走線不好，會在地線上面會產(chǎn)生比較大的開關噪聲，而這些噪聲會影響到其它部分的電路;

- 布線上產(chǎn)生電壓降，走線太長，會使走線上產(chǎn)生壓降，而降低整個DC-DC的效率;

二、一般原則

- 開關大電流回路盡量短;

- 信號地和大電流地(功率地)單獨走線，并在芯片GND處單點連接;

1. 開關回路短

下圖中紅色LOOP1為DC-DC高邊管導通，低邊管關閉時的電流流向;綠色LOOP2的為高邊管關閉，低邊管開啟時的電流流向;

為使這兩個回路盡量小，引入更少的干擾，需要遵從如下幾點原則：

- 電感盡量靠近SW管腳;

- 輸入電容盡量靠近VIN管腳;

- 輸入輸出電容的地盡量靠近PGND腳;

- 使用鋪銅的方式走線;

為什么要這么做?

- 走線過細過長會增大阻抗，大電流在此大阻抗上會產(chǎn)生比較高的紋波電壓;

- 走線過細過長會增大寄生電感，此電感上耦合開關噪聲，影響DC-DC穩(wěn)定性，造成EMI問題;

- 寄生電容和阻抗會增大開關損耗和導通損耗，影響DC-DC效率;

2. 單點接地

單點接地，指的是信號地和功率地進行單點接地，功率地上會有比較大的開關噪聲，所以需要盡量避免對敏感小信號造成干擾，如FB反饋管腳。

- 大電流地：L，Cin，Cout，Cboot連接到大電流地的網(wǎng)絡;

- 小電流地：Css，Rfb1，Rfb2單獨連接到信號地的網(wǎng)絡;

TI的一個開發(fā)板的layout，紅色為上管開時的電流路徑，藍色為下管開時的電流路徑;如下的layout有如下比較好的優(yōu)點：

- 輸入輸出電容的GND用銅皮進行連接，擺件時，兩者的地盡量放一起;

- DC-DC Ton和Toff時的電流路徑都很短;

- 右邊小信號是單點接地，距離比較遠，免受左邊大電流開關噪聲的影響;

三、實例

如下給出一個典型DC-DC BUCK電路的layout，SPEC中給出如下幾點：

- 輸入電容，高邊MOS管，和續(xù)流二極管形成的開關回路盡可能小和短;

- 輸入電容盡可能靠近Vin Pin腳;

- 確保所有反饋連接短而直接，反饋電阻和補償元件盡可能靠近芯片;

- SW遠離敏感信號，如FB;

- 將VIN、SW，特別是GND分別連接到一個大的銅區(qū)，以冷卻芯片，提高熱性能和長期可靠性;

DC-DC BUCK典型電路

DC-DC電路的layout至關重要，直接影響到DC-DC的工作穩(wěn)定性和性能，一般DC-DC芯片的SPEC都會給出layout指導，可參考進行設計。

在電子設備中，電源模塊是核心組件，將輸入直流電壓轉為設備所需的各種直流電壓。DC-DC電源轉換器，特別是基于開關方式的轉換器，因其高效、小體積和輕重量等優(yōu)點被廣泛應用。但設計優(yōu)秀的DC-DC電源轉換器并不容易。布局、電磁兼容性、電流和散熱管理等方面均需深思熟慮和精細調整。

為優(yōu)化供電性能，開關電源應靠近芯片放置，避免輸出線過長導致壓降。為降低電磁干擾，避免在開關電源周圍布置敏感元器件。為增強穩(wěn)定性和可靠性，需考慮布線策略、地線加粗、散熱地設計等因素。

DC-DC應用類型簡介

DC-DC電源是直流電壓轉換的核心設備，包括LDO等類型。其中，利用開關方式實現(xiàn)的器件常被稱為DC-DC轉換器。這類電源具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點，并能抗干擾、寬范圍輸出，因此在電子領域被廣泛應用。

DC-DC電源工作原理

DC-DC電源的工作原理涉及到電壓的轉換和調節(jié)。這個過程主要是通過開關電源的變換器來實現(xiàn)的。DC-DC變換器在開關電源中負責將輸入的直流電壓轉換為所需的輸出直流電壓。一般情況下，這個變換器的工作原理可以分為三個主要步驟：

1) 濾波：當市電經(jīng)過輸入開關接通后，首先經(jīng)過整流電路變成脈動直流電，再經(jīng)過濾波電路濾除紋波，變成平滑直流電，供給變換器進行變換。

2) 變換：DC-DC變換器將輸入電壓通過功率開關管和儲能電感產(chǎn)生一定的脈沖功率，然后利用脈沖變壓器、整流濾波電路，得到相應的輸出電壓。電壓的轉換通過PWM(脈寬調制)或PFM(頻率調制)控制開關管的開關時序來實現(xiàn)。在開關電源中，開關管的開關速度非?？?，一般在幾十微秒的時間內完成開關動作，這個速度要比傳統(tǒng)線性電源的調整速度快很多。

3) 調節(jié)：輸出電壓的穩(wěn)定是通過反饋環(huán)路來實現(xiàn)的。當輸出電壓升高時，通過取樣電阻取得的樣本信號就會升高，這個信號與基準電壓比較后得出的誤差信號就會增大，然后通過PWM或PFM控制的方式減小開關管的導通時間，從而降低變換器輸出的平均功率，實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。