小型降压转换器电路的设计

微型 DC 到 DC 降压转换器板可用于许多应用，特别是如果它可以提供高达 3A 的电流（2A 连续无散热器）。在本文中，我们将学习构建一个小型、高效且廉价的降压转换器电路。

电路分析

图 1 显示了该装置的示意图。主要元件是 MP2315 降压转换器。

图 1：DC 到 DC 降压转换器的示意图

根据 MP2315 ［1］ 数据表：“MP2315 是一款内置内部功率 MOSFET 的高频同步整流降压开关模式转换器。它提供了一个非常紧凑的解决方案，可在宽输入电源范围内实现 3A 连续输出电流，并具有出色的负载和线路调节能力。MP2315 具有同步模式操作，可在输出电流负载范围内实现更高的效率。电流模式操作提供快速瞬态响应并简化环路稳定。全面的保护功能包括 OCP 和热关断。” 低 RDS（on） 允许该芯片处理高电流。

C1 和 C2 用于降低输入电压噪声。R2、R4 和 R5 构建到芯片的反馈路径。R2是一个200K的多圈电位器，用来调节输出电压。L1 和 C4 是基本的降压转换器元件。L2、C5 和 C7 构成了一个额外的输出 LC 滤波器，我添加了它以减少噪声和纹波。该滤波器的截止频率约为 1KHz。R6 限制流向 EN 引脚的电流。R1 值已根据数据表设置。R3 和 C3 与自举电路有关，根据数据表确定。

图 2 显示了效率与输出电流的关系图。几乎所有输入电压的最高效率均在 1A 左右实现。

图 2：效率与输出电流

PCB布局

图 3 显示了设计的 PCB 布局。这是一块小（2.1cm*2.6cm）的两层板。

我为 IC1 ［2］ 使用了 SamacSys 组件库（原理图符号和 PCB 封装），因为这些库是免费的，更重要的是，它们遵循工业 IPC 标准。我使用 Altium Designer CAD 软件，所以我使用 SamacSys Altium 插件直接安装组件库 ［3］。图 4 显示了选定的组件。您也可以搜索和安装/使用被动组件库。

图 3：DC 到 DC 降压转换器的 PCB 布局

图 4：来自 SamacSys Altium 插件的选定组件 （IC1）

这是PCB板的最后一次修订。图 5 和图 6 从顶部和底部显示了 PCB 板的 3D 视图。

图 5：PCB 板的 3D 视图（顶部）

图 6：PCB 板的 3D 视图（底部）

构建和测试

图 7 显示了电路板的第一个原型（第一个版本）。PCB板由PCBWay制造，这是一块高质量的板。我对焊接没有任何问题。

如图 8 所示，我已经修改了电路的某些部分以实现更低的噪声，因此提供的原理图和 PCB 是最新版本。

图 7：降压转换器的第一个原型（旧版本）

焊接元件后，我们准备测试电路。数据表说我们可以在输入端施加 4.5V 到 24V 的电压。

第一个原型（我的测试板）和最后一个 PCB/原理图之间的主要区别在于 PCB 设计和组件放置/值的一些修改。第一个样机，输出电容只有22uF-35V。所以我换了两个47uF贴片电容（C5和C7，1210封装）。我对输入应用了相同的修改，并用两个 35V 额定电容器替换了输入电容器。另外，我更改了输出标题的位置。

由于最大输出电压为 21V，电容器额定电压为 25V（陶瓷），因此不存在电压率问题，但是，如果您对电容器的额定电压有顾虑，只需将其电容值减小到 22uF 并增加额定电压为 35V。您始终可以通过在目标电路/负载上添加额外的输出电容器来补偿这一点。甚至您也可以“外部”添加一个 470uF 或 1000uF 电容器，因为板上没有足够的空间来容纳它们中的任何一个。实际上，通过增加更多的电容，我们可以降低最终滤波器的截止频率，从而抑制更多的噪声。

最好并联使用电容器。例如，并联使用两个 470uF 而不是一个 1000uF。它有助于降低总 ESR 值（并联电阻规则）。

现在让我们使用低噪声前端示波器（例如 Siglent SDS1104X-E）来检查输出纹波和噪声。它可以测量低至 500uV/div 的电压，这是一个非常好的功能。

我将转换器板连同一个外部 470uF-35V 电容器焊接在一小块 DIY 原型板上以测试纹波和噪声

当输入电压高（24V）而输出电压低（例如5V）时，由于输入和输出电压差很大，应该会产生最大的纹波和噪声。因此，让我们为示波器探头配备接地弹簧并检查输出噪声。使用地弹簧是必不可少的，因为示波器探头的地线可以吸收大量的共模噪声，尤其是在这种测量中。

图 10 显示了输入为 24V 且输出为 5V 时的输出噪声。需要指出的是，转换器的输出是空闲的，并且没有连接到任何负载。

图 10：DC 到 DC 转换器的输出噪声（输入 = 24V，输出 = 5V）

现在让我们测试最低输入/输出电压差（0.8V）下的输出噪声。我将输入电压设置为 12V，将输出设置为 11.2V（图 11）。

图 11：最低输入/输出电压差下的输出噪声（输入=12V，输出=11.2V）

请注意，通过增加输出电流（增加负载），输出噪声/纹波会增加。这是所有电源或转换器的真实故事。

材料清单

图 12 显示了项目的材料清单。

图 12，物料清单

审核编辑：郭婷