JW5026 在PCB 電源系統設計中的應用研究

李海燕，吳琳君，吳 敏，孫新志，陳建敏

（廣州擎天實業有限公司，廣東 廣州 510860）

1 引言

在PCB 設計過程中，板級電源電路設計以及元器件布局對提高PCB 質量，改善控制系統電磁兼容性起至關重要的作用。隨著PCB 設計復雜度的逐步提高，對于信號完整性的分析除了反射、串擾以及EMI 之外，穩定可靠的電源供應也成為設計者們重點研究的方向之一。如果PCB 電源電路設計缺陷，將直接導致PCB 發熱異常、元器件供電不穩定以及電源電壓紋波超過元器件允許范圍造成采樣波動，程序跑飛失控等嚴重后果，最終導致設計失敗，無法實現預期設計目標。對于大多數PCB 電源系統設計來說，目前常用的PCB 器件電壓分布圖如圖1 所示。

2 常見PCB 電源系統設計方案對比

針對PCB 內部運算放大器以及單片機等各種芯片工作電源電壓要求不同，在PCB 電源電路設計中，常見的降壓電路采用的控制芯片主要包括了7805以及AMS1117-3.3 等三端穩壓芯片。部分降壓電路也采用了金升陽、順源等品牌的小功率電源模塊。

7805 等三端穩壓芯片輸出電壓平穩，其最大的缺點為轉換效率低。對于輸入與輸出電壓壓差較大的應用場合，三端穩壓芯片發熱嚴重，增加電路板功率損耗。當三端穩壓芯片布局不恰當或者無法有效散熱時，熱量可能會影響到PCB 內其他芯片（尤其是溫度敏感芯片）的正常運行，造成其他元器件工作異常甚至控制系統崩潰。

在電源電路設計中，對于元器件材料成本不敏感的應用場合可采用小功率電源模塊。小功率電源模塊在電壓降壓轉換處理過程中效率一般可達80%左右，可有效解決三端穩壓芯片的發熱問題。相對于三端穩壓芯片而言，小功率電源模塊在提高轉換效率的同時，其市場價格較高。輸出功率3 W 左右的小功率電源模塊一般市面售價不低于15 元。部分輸入輸出帶隔離功能的小功率電源模塊售價更高。

通過上述比較可知，在PCB 電源系統設計過程中，采用三端穩壓芯片降壓具有成本低的優勢，但芯片轉換效率低，發熱較大，影響PCB 整體工作性能。7805 等三端穩壓芯片適用于負載功率較小或者成本敏感型產品中加裝散熱器使用。小功率電源模塊提高了轉換效率，但使用成本較高，在成本敏感型系統中將降低產品競爭力。因此，設計一款高效、低成本的電源轉換電路能有效降低產品成本，提升產品市場競爭力。

3 基于JW5026 的電源電路設計

本文設計了一種基于DC-DC 降壓轉換芯片JW5026 的電源設計電路，并對JW5026 芯片輸出波形、LC 濾波輸出電壓紋波以及轉換效率進行了測試。JW5026 芯片是杰華特微電子有限公司生產的新一代寬輸入電壓范圍、高頻調制、高效率的DC-DC 降壓轉換芯片。該DC-DC 降壓轉換芯片基本參數如下：

（1）輸入電壓范圍：4.7 V～40 V，DC。

（2）輸出電壓最低可達0.8 V。

（3）調制頻率：1.1 MHz。

（4）轉換效率：最高達95%，一般工況約87%。

（5） 輸出最大電流：1 A。

（6） 封裝：SOT23-6。

同時，該芯片還具有集成內部補償、軟啟動以及輸出短路保護等功能。JW5026引腳分布如圖2所示。

圖2 JW5026 引腳分布圖

JW5026 各引腳定義及功能描述如表1 所示：

表1 JW5026 引腳定義及功能

由于JW5026 芯片調制頻率為1.1 MHz，極大的降低了輸出電壓所需LC 濾波電路中電感量和電容量，減小了LC 濾波電路電感和電容體積，節約PCB 布局空間。對于尺寸要求較苛刻的PCB 設計，JW5026 芯片及外圍電路布局優勢明顯。JW5026 輸出5 V 電壓的典型應用電路如圖3 所示。

圖3 JW5026 典型應用電路（輸出5 V 電壓）

4 電路測試結果

本文參考圖3 中典型應用電路進行了測試電路設計，在不同輸入電壓以及不同負載情況下進行了測試。測試結果由于測試方法以及試驗儀器等原因可能存在部分誤差。

表2 輸入12 V，輸出1.67 W 工況下測試結果

表3 輸入24 V，輸出1.67 W 工況下測試結果

表4 輸入12 V，輸出3.0 W 工況下測試結果

表5 輸入24 V，輸出3.0 W 工況下測試結果

5 結論

由表2 至表5 試驗結果可知，在5 V 輸出功率為1.67 W、3.0 W 的情況下，JW5026 芯片的轉換效率均高于85%。通過試驗結果不難看出，同等輸入電壓情況下，輸出功率越小，轉換效率越高；同等輸出功率情況下，輸入電壓越低，轉換效率越高。

JW5026 在上電啟動過程中，實測響應速度均小于2 ms。同時，JW5026 在啟動過程中輸出電壓上升平穩，無明顯過沖。