说一说：异步Buck升级为同步Buck注意点总结

苦的咖啡

1介绍









随着时代的发展，工业，车载，通信，消费类等产品都提出了小型化，智能化的需求。相应的，对于这些中的电源模块提出了小型化的要求。目前，市场上依然存在很多异步B电源管理芯片使用的场景，针对这些应用，采用同步B电源管理芯片进行升级，可以增加集成度，提升电源效率。然而在升级替换的过程中，需要注意PCB的布局。如果需要不更改PCB布局直接升级替换，需要在元器件选择上有所注意。









本文首先对同步B，异步B进行介绍，给出同步B的PCB布局注意事项，然后结合例给出替换中可以采取的保证电源正常工作的方法，供工程师参考。


















2同步B和异步B



















图1异步B变换器









图2同步B变换器












图2所示，异步B变换器采用肖特基二极管作为续流管，而同步B变换器用MOSFET替代肖特基二极管进行续流，由于MOSFET的导通电阻很低，所以导通损耗较低，而肖特基二极管的损耗为其正向导通压降乘以电流，损耗较大。




















表格1同步B和异步B缺点对比












同步B




异步B






点




效率高，MOS管导通电阻一般为毫欧级别，以SCT2432为例[1]，同步整流管导通电阻为50毫欧，流过4A电流时其压降为02V，小于二极管压降




价格便宜，同等条件下，肖特基二极管比MOSFET便宜






缺点




1成本高，MOS管成本高于肖特基二极管，同时驱动电路也需要成本


2控制复杂，需要额外的控制电路保证上下管同步工作




效率低，二极管正向导通压降固定，锗管一般为02~03V，硅管一般为07V。当流经二极管的电流较大时，二极管损耗占比大






适用场景




对效率要求高的应用




输出电压比较高的场景，此时二极管压降占整体电压的比例较小



































图3SCT2432典型应用原理图

















3同步BPCB布局注意事项









图4和图5所示，在功率管关断期间，异步B通过外置的二极管进行续流，在这个阶段，芯片内部的地受到的干扰较小；而对于同步B，在这个阶段，续流电流流经芯片内部的地，芯片内部地受到的干扰大。异步B对于续流二极管的开通不需要控制，而同步B需要对同步整流MOSFET进行控制，如果地电平不稳定，会影响内部控制电路工作。同时，B电路在开关切换时，大的在PCB的寄生电感上会产生压降，形成谐振，而MOSFET的体二极管的反向恢复特性较差，不能像肖特基二极管那样速恢复。因此，对于同步B的布局，地的设置需要区分模拟地和功率地，两个地现单点连接。










图6是SCT2432的EVM布局示例，可以看到，功率器件输入电容，输出电容，和对于异步B而言的续流二极管的地共用一块铜皮，这是功率地；模拟配置的外围器件反馈分压电阻，缓起电容等处于同一个地，这是模拟地。两个地只在芯片的GND管脚处单点连接。这样可以有效防止功率地上的变化干扰到模拟电路工作，大大提升了稳定性。































图4异步B变换器工作




























图5同步B变换器工作















图6同步B变换器工作









此外，由于同步B电源管理芯片将同步MOSFET集成到芯片内部，热更加集中，需要对散热合理规划。首先，将芯片放置在离热源较远的位置；其次，在高层的地需要足够大，保证散热效果，地层放置地平面，芯片的散热焊盘下面打过孔阵列，保证对地平面的阻抗足够低，推荐采用直径为8的过孔。为了保证高层的地面积足够大，B电容的走线可以放置在非高层。






输出电感放置在离SW管脚近的位置，同时保证两者之间的连接线短而粗。输入的滤波电容放置在离VIN管脚和GND比较近的位置，比较大化减少寄生参数的影响。




















4同步B直接替换异步B工作异常解决方法









在同步B替换异步B时，存在不改PCB，直接P2P替换的情况。此时，如果PCB布局不合理，是存在替换完法稳定正常工作的情形的。对于这样的情况，我们可以采取以下几种措施进行尝试，有机会不改PCB也能现电源正常工作。




















图7不合理布局示例











图7是一个不合理布局示例，可以看到输入和输出电容分别位于散热焊盘的两边，反馈的地和功率地直接相连，功率地和模拟地没有分离。图8是在这种布局情况下满负载工作的波形，可以看到输出电压是稳定的，但是SW点的开关波形是不稳定的，电路处于次稳态。









41反馈下分压电阻并联1F电容












图824VIN，5VOUT，35A输出电流波形












41反馈下分压电阻并联1F电容









在反馈下分压电阻旁并联1F对地电容可以提升抗干扰能力，图9是增加电容后的工作波形，可以发现SW的波形不再存在大小波的情况，工作频率稳定。
























图9增加1F对地电容后24VIN，5VOUT，35A输出电流波形










42减小反馈分压电阻









如果原有的PCB布局时没有预留下分压电容位置，可以适当减小反馈分压电阻阻值，牺牲部分效率，增加反馈电流，增加反馈络抗干扰能力，对于稳定也有帮助。图10是分压电阻改为原来的十分之一后的工作波形，表明进入稳态。推荐的下分压电阻比较小值不要小于1?，否则增加的固定损耗过大，影响电源整体效率。






















图10将反馈分压电阻从536102减小为536102后工作波形



5总结









本文介绍了同步B和异步B的结构，对两者的缺点进行了对比，同步B对于提升效率，提升产品效能有较大的作用。同时针对同步B替换异步B的趋势，详细介绍了PCB布局时的注意事项，比较重要的是进行模拟地和功率地的区分，采用单点接地模式。对于不合理PCB布局直接升级替换的情况，给出了增加下分压电阻并联1F电容和减小分压电阻阻值的方法进行调整，有助于工程师减小工作量，速现非同步方案转同步方案。





















6参考










1）SCT2432STER









































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