SC8701 120W DC TO DC 电源模块的设计

sc8701是一款同步4开关的buck-boost控制器，支持2.7~36V宽压输入，和2~36V输出，支持输入限流，输出限流，过温等保护功能，输出效率最高可达96%，采用QFN4X4封装，具有体积小，效率高的优点。
本次设计是设计一款9~30V输入，12V/10A输出的DC电源模块，同时具备防反接，输入/输出过流保护，欠压保护，短路保护等功能。

[电源模块电路原理图](https://img-blog.csdnimg.cn/20190118100648754.JPG?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU2NDE0OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70) 这是sc8701的电源部分，整个模块分为电源部分，单片机控制部分，以及检测部分，由于保密的缘故，这里只能提供电源部分，从原理图中可以看出，电源部分由防反接和sc8701芯片两个模块组成。防反接电路是采用大众化的电路，由一个Q5NMOS管来构成，通过控制mos管的导通来控制整个回路的工作状态，从电路可以很清晰的看出，当输入电源接正确的时候，mos管的栅极电压由于R3和R15分压电阻的作用会有10V左右的电压，此时mos管就可以导通处于饱和状态，电流就可以通过R6电阻到后级，到地，，最后通过mos管的SG到输入电源的负极，形成一个回路，当输入接反，mos管的栅极没有电压，处于截止状态，因此，电流就不能形成回路，整个电流当然也就不会工作。 对于SC8701电源模块电路，基本上所有的芯片手册都会有一个推荐电路，而我们要做的其实就是将这个推荐电路直接拿来用，然后再根据设计要求，通过芯片手册中的各个参数来计算器件的参数，就可以得到我们想要的一个功能结果了。在这个设计当中，关于这个电路最主要的几个是电感的选择，驱动mos管的选择了，输入/输出限流保护是通过设置R26和R29来设置（手册有计算公式），输出电压是通过R23、R28两个电阻设置。而电感主要与输出电流的大小，输出纹波的大小有关系，驱动mos管与输出电流和输入电压有关系。 电感的选择一般可以用L=[Vo*（1-D）]/r*f*Io,其中Vo是输出电压，D是占空比，等于输出电压/输入电压，r是纹波系数，f是开关频率，Io是输出电流。对于这个芯片，由于这个芯片手册有推荐值，因此直接采用了芯片的一个推荐值3.3uH.对于电感还有一个重要的参数，那就是饱和电流，因为输出电流是10A，所以电流的饱和电流要选择2倍输出电流左右，所以电感采用的是1770式电感，饱和电流是17A。 对于驱动mos，主要是考虑ID电流和RDS电阻以及VDS几个参数。输出电流是10A，ID电流就必须要远远大于这个值，而RDS是mos管的一个内阻值，对于10A这么大的电流，内阻肯定是越小越好，因为内阻一大，就会增大压降，一个造成输出能力不够，一个是由于大的压降会转化成热能，因此，mos管会发热很严重，容易造成mos管的失效。而由于输入电压要在9~30V,所以VDS也要至少30V以上，因此这里就需要选择大电流，低内阻的mos管，同时VDS也要满足要求。最后再选型上确定了IRLR8726,其内阻在饱和导通的条件下仅有5.8mΩ。 整个电源部分最主要的就是电感和驱动mos管，其余的外设器件则只需要根据设计需求再对应芯片手册就可以轻松的得出参数值。 在原理设计完后，就是PCB的布局设计，以及调试了。 [PCB图](https://img-blog.csdnimg.cn/20190118104502170.JPG?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDU2NDE0OQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70)   PCB的设计根据厂家的建议，采用了4层板布线。 在设计PCB的时候，要注意的就是电源走线的一个线宽了，对于这么大的电流，线宽肯定要很粗才行，否则当电流拉到10A的时候，电压必定会降的很低很低。芯片设计的时候，外设器件要尽量的靠近芯片，使走线最短，对于驱动驱动mos管的走线，则需要额外加粗，因为该引脚的驱动电流一般会比较大， 电压也比较高，这样做有一个目的就是保证mos管在上电后，处于平台电压的时间能够达到最短，保护mos管。 由于这个电源的功率比较高，所以所有的电源线都是走上下两层已经电源层，另外还进行来开窗处理， 可以增加散热效果。PCB板的设计，主要还是需要靠自己平时的多画，多积累经验，所以这里也不多说。 在PCB画完打完板回来测试后，发现有一个问题，当我负载输出为12V/2A的时候，电源可以正常输出，但是当输出负载电流为3A及以上之后，输出就变为0了，也就是说芯片没有工作了，然后用万用表的表笔去戳芯片的使能引脚，输出又恢复了正常，对于这个现象，刚开始我感到非常的疑惑，我怀疑是芯片引脚虚焊了，但是重新焊接之后还是存在同样的现象，而且用电表又没法测试改引脚的电平，因为没有输出说明使能引脚可能被拉为高电平了，戳完又有了说明又变成低电平了，经过分析，确定是该引脚电平不稳定，受到了干扰，于是在改引脚上焊接了一个0.1uF的电容后，问题终于解决了，经过看PCB图，发现该线跨接在两个电源平面上，由此造成了一些干扰。  最后，再给大家看一下电源的输出效果和一些示波器测试的数据：      从图上可以看出，这块板子做出来的效果还不错，纹波很小，电源输出也很稳定。 最后，这是我第一次写这种文章，因此有哪些错误的地方还望各位指出，谢谢！

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