电源学习-开关电源PCB设计

本文分享了电源设计中的关键步骤,包括数据手册解析、PCB设计原则(如电容布局、地线处理和热设计),以RT9013、RT9113和TPS7A49为例,以及LM2940的PCB设计实例,并讨论了数字地模拟地的分离和电容倍增技巧。适合深入理解电源管理电路和PCB设计的工程师阅读。

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电源学习-开关电源PCB设计

前提说明:本文的知识主要来自B站up主:唐老师讲电赛 (已通过私信和老师沟通)。本文只是记录一下学习的过程,如果您在观看过程中有任何不懂的地方,欢迎评论或者移步老师的原版视频,原版视频的链接po在下面。

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1 数据手册

数据手册我们主要关注线性电源的常用参数VO、VI、IO、IQ、压差、噪声。

1.1 RT9013

题目中包含IO

题目

压差0.25V@500mA。
参数
电气特征

1.2 RT9113

题目

注意本页没有IQ,应该比较大,放到后面了

参数
在这里插入图片描述
噪声小

1.3 TPS7A49

题目

参数

2 PCB设计原理

PCB设计原理

2.1 PCB设计原理

1️⃣ 输入电容和输出电容要放置在紧靠VIN、VOUT和GND的地方;
PCB设计输入输出电容
2️⃣ 输入要经过输入电容以后进入IC,这样滤波才有效果;
输入输出电容位置
3️⃣ LDO的反馈信号要从输出电容接近负载一侧获得;
VO反馈信号
4️⃣ 输入输出地要在IC处合在一起成为成为公共点;

5️⃣ 加大焊盘面积(降低热阻,增加散热),也可以打一些过孔用过连接顶层的地和底层的地
焊盘
6️⃣ FB反馈组件R1、R2靠近IC,FB覆盖面积越小越好。
FB反馈组件

3 PCB设计实例

3.1 LM2940

设计实例

4 PCB分割

数字地、模拟地、数字VCC、模拟VCC要注意进行分割
PCB板材分割
注意数字区和模拟区进行分割,地(通过0Ω相连)和电源(电感)都进行分开
另一种分割方法
PCB分割
共模电感分割

5 电容倍增器

增加电容

增加电容

### RT9013稳压器输出电压异常分析 RT9013是一款低压差线性稳压器(LDO),其典型输出电压为3.3V或5V,具体取决于型号。如果用户发现RT9013的输出电压仅为1V,可能由以下原因引起: #### 1. 输入电压不足 RT9013需要一定的输入电压才能正常工作。如果输入电压过低,低于其最小启动电压,则可能导致输出电压异常。例如,RT9013-3.3(输出3.3V)的最小启动电压通常为4.5V[^2]。因此,检查输入电源是否符合规格是首要任务。 #### 2. 负载过大 如果连接到RT9013的负载电流超过了其额定输出能力(通常为1A),则可能会导致输出电压下降。稳压器在过载情况下会进入保护模式,从而限制输出电压以保护自身[^3]。 #### 3. 外围电路问题 RT9013的外围电路设计不当也可能导致输出电压异常。例如: - **输入和输出电容缺失或值不正确**:RT9013要求在其输入和输出端连接适当的电容以稳定电压。如果这些电容缺失或值不符合推荐范围(如1μF至10μF陶瓷电容),则可能导致输出电压不稳定。 - **PCB布线问题**:不良的PCB布局(如过长的电源走线或缺乏地平面)可能导致噪声干扰或电压降,从而影响输出电压。 #### 4. 器件损坏 如果以上条件均满足,但输出电压仍异常,则可能是RT9013本身已损坏。常见原因包括静电放电(ESD)、过流或过热等。建议更换器件并重新测试。 #### 测试方法 以下是排查问题的步骤: - 使用万用表测量输入电压,确保其高于最小启动电压。 - 在轻载条件下(如短接输出到地)测试输出电压,排除负载过大问题。 - 检查输入和输出电容是否正确安装,并验证其值是否符合数据手册推荐。 - 如果上述检查均无误,尝试更换RT9013器件。 ### 示例代码:使用STM32监测电压 以下是一个基于STM32的ADC程序示例,用于监测RT9013的输出电压: ```c #include "stm32f4xx_hal.h" void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) { uint32_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(hadc); float voltage = (adc_value * 3.3) / 4096; // 假设参考电压为3.3V,分辨率为12位 if (voltage < 1.0) { // 输出电压异常处理逻辑 Error_Handler(); } } void Voltage_Monitor_Init(void) { ADC_HandleTypeDef hadc; ADC_ChannelConfTypeDef sConfig; hadc.Instance = ADC1; hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4; hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B; hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE; hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; hadc.Init.NbrOfConversion = 1; if (HAL_ADC_Init(&hadc) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; // 假设RT9013输出连接到ADC通道0 sConfig.Rank = 1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES; if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } HAL_ADC_Start_IT(&hadc); } ```
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