1、介紹

隨著時代的發展，工業，車載，通信，消費類等產品都提出了小型化，智能化的需求。相應的，對于這些系統中的電源模塊提出了小型化的要求。目前，市場上依然存在很多異步Buck電源管理芯片使用的場景，針對這些應用，采用同步Buck電源管理芯片進行升級，可以增加集成度，提升電源效率。然而在升級替換的過程中，需要注意PCB的布局。如果需要不更改PCB布局直接升級替換，需要在元器件選擇上有所注意。

本文首先對同步Buck，異步Buck進行介紹，給出同步Buck的PCB布局注意事項，然后結合實例給出替換中可以采取的保證電源正常工作的方法，供工程師參考。

2、同步Buck和異步Buck

圖?1?異步Buck變換器

圖 2?同步Buck變換器

圖 2所示，異步Buck變換器采用肖特基二極管作為續流管，而同步Buck變換器用MOSFET替代肖特基二極管進行續流，由于MOSFET的導通電阻很低，所以導通損耗較低，而肖特基二極管的損耗為其正向導通壓降乘以電流，損耗較大。

圖 3?SCT2432典型應用原理圖

同步布局注意事項

圖 4和圖 5所示，在功率管關斷期間，異步Buck通過外置的二極管進行續流，在這個階段，芯片內部的地受到的干擾較??；而對于同步Buck，在這個階段，續流電流流經芯片內部的地，芯片內部地受到的干擾大。異步Buck對于續流二極管的開通不需要控制，而同步Buck需要對同步整流MOSFET進行控制，如果地電平不穩定，會影響內部控制電路工作。同時，Buck電路在開關切換時，大的di/dt在PCB的寄生電感上會產生壓降，形成諧振，而MOSFET的體二極管的反向恢復特性較差，不能像肖特基二極管那樣快速恢復。因此，對于同步Buck的布局，地的設置需要區分模擬地和功率地，兩個地實現單點連接。
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圖 4?異步Buck變換器工作

圖?5?同步Buck變換器工作

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圖?6?同步Buck變換器工作

此外，由于同步Buck電源管理芯片將同步MOSFET集成到芯片內部，熱更加集中，需要對散熱合理規劃。首先，將芯片放置在離熱源較遠的位置；其次，在頂層的地需要足夠大，保證散熱效果，地層放置地平面，芯片的散熱焊盤下面打過孔陣列，保證對地平面的阻抗足夠低，推薦采用直徑為8mil的過孔。為了保證頂層的地面積足夠大，Boot電容的走線可以放置在非頂層。

輸出電感放置在離SW管腳近的位置，同時保證兩者之間的連接線短而粗。輸入的濾波電容放置在離VIN管腳和GND最近的位置，最大化減少寄生參數的影響。

4、同步Buck直接替換異步Buck工作異常解決方法

在同步Buck替換異步Buck時，存在不改PCB，直接P2P替換的情況。此時，如果PCB布局不合理，是存在替換完無法穩定正常工作的情形的。對于這樣的情況，我們可以采取以下幾種措施進行嘗試，有機會不改PCB也能實現電源正常工作。

圖?7?不合理布局示例

圖 7是一個不合理布局示例，可以看到輸入和輸出電容分別位于散熱焊盤的兩邊，反饋的地和功率地直接相連，功率地和模擬地沒有分離。圖 8是在這種布局情況下滿負載工作的波形，可以看到輸出電壓是穩定的，但是SW點的開關波形是不穩定的，電路處于次穩態。

4.1 反饋下分壓電阻并聯1nF電容

圖?8?24VIN，5VOUT，3.5A輸出電流波形

4.1 反饋下分壓電阻并聯1nF電容

在反饋下分壓電阻旁并聯1nF對地電容可以提升抗干擾能力，圖 9是增加電容后的工作波形，可以發現SW的波形不再存在大小波的情況，工作頻率穩定。

圖?9?增加1nF對地電容后24VIN，5VOUT，3.5A輸出電流波形

4.2 減小反饋分壓電阻

PCB是分壓電阻改為原來的十分之一后的工作波形，表明系統進入穩態。推薦的下分壓電阻最小值不要小于?，否則增加的固定損耗過大，影響電源整體效率。

圖 10?將反饋分壓電阻從53.6k/10.2k減小為5.36k/1.02k后工作波形

5、總結

本文介紹了同步Buck和異步Buck的結構，對兩者的優缺點進行了對比，同步Buck對于提升效率，提升產品效能有較大的作用。同時針對同步Buck替換異步Buck的趨勢，詳細介紹了PCB布局時的注意事項，最重要的是進行模擬地和功率地的區分，采用單點接地模式。對于不合理PCB布局直接升級替換的情況，給出了增加下分壓電阻并聯1nF電容和減小分壓電阻阻值的方法進行調整，有助于工程師減小工作量，快速實現非同步方案轉同步方案。

審核編輯：黃飛

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