开关电源PCB设计

开关电源PCB设计

TD芯片的简单吐槽

??先介绍下要设计所用的芯片是TD1837和TD1660。
??首先先说下一个小的注意事项，一般在设计芯片引脚的布置的时候SW引脚要离FB引脚越远越好。
这里举个TD的反面例子：

图1 引脚示意图

??这里吐槽下芯片行业一个不好的点，就是一个规格差不多的芯片，稍加修改下，在某个功能的范围上有些许不同就可以扩充为一个新的芯片。例如TD1432和TD1464，这两个芯片仅在输入范围上有些许不同，一个是9V-40V，另一个是9V-45V。或者说一个芯片的作用范围很小，例如TD8602芯片：规格图图下：

图2 TD8602规格图

??他这里的输入最小是2.8V，最大是4.2V，输出规格又3V，5V还有6V。最大输出电流是3.1A.这个芯片唯一较简单的用途就是作为18650的充电管理芯片，因为18650电池充满电是4.2V，放完电是2.8V，然后将其电压升到5V，最大的电流是3.1A。

PCB设计

一般布局

??闲话说完，说正事,一般我们对于开关电源的PCB设计是U型布局，所谓U型布局如下图所示：

图3 U型回路示意图

??电感所在的支路，他不处于高频电流环路，我们用非同步整流电路举例，找到他的VI引脚，SW引脚还有GND。让Ci越靠近vi和GND引脚越好，让肖特基二极管越靠近SW和GND引脚越好。这里举例下实际的芯片设计布局：

图4 TD1688的实际U型回路

??在芯片上，与FB相连的电阻，越靠近FB引脚越好，FB引脚覆盖的面积越小越好，FB上的GND是属于小信号的GND。

TD1660芯片介绍

??先放张他的规格图：

图5 TD1660规格说明图

??他的输入电压是9V-60V，它是一个非同步整流电路，他的上管的Rds是0.25欧，他的开关频率最高是1M,他的Iq是180uA，意思是如果EN引脚接地也就是芯片不工作，这个时候芯片的耗电是180uA。它内部集成了软启动，效率最高达到了95%，他的输出电压是0.8-52V。
?;?这里他的引脚分布借鉴了MP4560的分布，但是他的输入电压还可以。
??接下来介绍下他的具体引脚:
引脚具体示意图如下：

图6 TD1660引脚示意图

??从图中我们可以用看出它的EN引脚，要注意，如果把它悬空，芯片就会自启动，或者用两个电阻分压可以作欠压保护，或者可以接1M欧的电阻到VIN也可以自启动。
具体引脚示意图如下：

图7 TD1660具体引脚示意图

??不过这里Ci最好是大容量和小容量的并，Co最好是大容量和小容量的并。6号脚通过一个电阻来设置他的开关频率，开关频率的计算公式也在图中。不过这个公式还有他的数据手册上的PCB设计好像是完全照抄MPS公司的。

TD1660芯片PCB设计

??首先留出芯片地下的GND，然后在VIN引脚上大电容并上一个小电容（一般是22uf并上一个0.1uf
）连接GND，然后SW引脚往上接一个电感，往上接两个电容到GND，而且GND与SW之间要接上一个肖特基二极管。
??PCB在1号脚打一个过孔，在8号脚也打一个过孔，然后直接连接两个过孔。然后把EN，RT，FB的地连在一起作为小信号的地，然后与功率地相连。这个EN引脚需不需要欠压保护，如果不需要，就直接连接一个1M欧的电阻到VIN就行了。然后用两个电阻分压接VIN和EN，然后RT接一个电阻到两个电阻的地，Vo用两个电阻分压接到FB引脚。最后把小信号的地连在一起，与这个GND单点相连。

TD1837芯片介绍

??TD1837的规格图如下：

图8 TD1837规格图

??TD1837的输入电压是12-80V，0.25欧的上管电阻，频率最高1M，180uA的Iq，内置软启动，效率最高95%，输出电压是0.8-52V（（0.8-0.9）Vi）。
??同样我们仔细介绍下他的引脚：
引脚说明图如下：

图10 TD1837引脚说明图

??来看EN引脚，可以看到可以上拉一个1M欧电阻到VIN引脚，或者EN引脚悬空，这里悬空就是关断。这里可以发现他的引脚顺序和MP4560完全一摸一样。
??这里要注意下，如果他的VI大于64V，开关频率最高可达到1MHz，如果小于64V，则开关频率最高是400KHz。具体设计图如下：

图11 TD1837具体芯片引脚图

TD1837PCB设计

??首先忽略电感所在的支路，找到他的VI，SW，GND引脚，让Ci越靠近Vi和GND，让D1越靠近SW和GND引脚越好，最好是U型布局。
??从嘉立创上找到MP4560的开源原理图和PCB，不过不咋地好像。PCB如图所示：

图12 PCB反面典型图

??OK开始说正事， 先准备好TD的原理图，电感计算器，以实际为例，假如一个60V的电动自行车，我要降到12V，2A左右这里因为电压小于64V，60V的话最高频率为400K。因此可以选用R4为150K欧，最高频率是645Khz。接下来计算电感，60V降到12V，电流为2A，开关频率为0.645Mhz，可以计算出电感需要18-37uH,这里我们选用22uH的电感，电感越小，文波越大，而且我们可以，电感不够，电容来凑。电感小一点，电容就大一点。原理图如下图：

图13 TD1837原理图

这里由于我们要输出最大电压是12V，而第一个TD1837的官方原理图的电阻是22k，和120k。0.8V的参考电压，假如我输出12V，这里计算下得出，得出R1和R2的电阻分别是22k和300k。电阻计算公式和原理图如下：

图14 电阻计算原理图

??根据官方原理图和上述嘉立创原理图对照，改他的电阻阻值，就是R2是300K，R3是22K。R4还有VOUT要接地，R1的阻值要大点，这里改成5.1M，然后R6可以不接。C3是680P，R5是43K。改进后的原理图如下：

图15 改进后的TD1837原理图

??然后绘制PCB，先做好布局， 电容封装最好用1206封装，为了更好的耐压。其中R4到时候在PCB中就是小信号的地，VOUT直接用铜皮覆盖，在电容那里留一条缝2，是为了强行让电流通过电容滤波。PCB示意图如下：

图16 电容滤波示意图

??然后打过孔，过孔尽量不要打在焊盘上，这里的过孔就是刚刚我们分析过了的PCB的过孔位置：

图17 过孔PCB示意图

然后对VIN也用铜皮覆盖,最后连接一些小的元器件，安放规矩也按上面所分析的来。最后在芯片和铜皮都多打一些国过孔。GND不在电感下面，上面是功率地下面是小信号的地，器件连接PCB图如下：

图18 元器件PCB示意图

最后是完整的PCB图：

图19 完整PCB示意图

??讲下设计思路，首先是Ci越靠近VIN引脚和GND引脚越好，肖特基越靠近SW和GND引脚越好，然后最好是U型布局，然后是小信号的地，包括COMP,FB,EN,以及设置频率的地连在一起，然后在下面与公共地单点相连，然后VOUT反馈到R2，为了不碰到电感产生感应电动势所以从右边走，因为电压比较高都没有问题。注意下Ci最好是用高频直插的元件，Co最好用固态电容。然后电容焊盘的要挖空，防止短接。