JW5026 在PCB 电源系统设计中的应用研究

李海燕，吴琳君，吴 敏，孙新志，陈建敏

（广州擎天实业有限公司，广东 广州 510860）

1 引言

在PCB 设计过程中，板级电源电路设计以及元器件布局对提高PCB 质量，改善控制系统电磁兼容性起至关重要的作用。随着PCB 设计复杂度的逐步提高，对于信号完整性的分析除了反射、串扰以及EMI 之外，稳定可靠的电源供应也成为设计者们重点研究的方向之一。如果PCB 电源电路设计缺陷，将直接导致PCB 发热异常、元器件供电不稳定以及电源电压纹波超过元器件允许范围造成采样波动，程序跑飞失控等严重后果，最终导致设计失败，无法实现预期设计目标。对于大多数PCB 电源系统设计来说，目前常用的PCB 器件电压分布图如图1 所示。

2 常见PCB 电源系统设计方案对比

针对PCB 内部运算放大器以及单片机等各种芯片工作电源电压要求不同，在PCB 电源电路设计中，常见的降压电路采用的控制芯片主要包括了7805以及AMS1117-3.3 等三端稳压芯片。部分降压电路也采用了金升阳、顺源等品牌的小功率电源模块。

7805 等三端稳压芯片输出电压平稳，其最大的缺点为转换效率低。对于输入与输出电压压差较大的应用场合，三端稳压芯片发热严重，增加电路板功率损耗。当三端稳压芯片布局不恰当或者无法有效散热时，热量可能会影响到PCB 内其他芯片（尤其是温度敏感芯片）的正常运行，造成其他元器件工作异常甚至控制系统崩溃。

在电源电路设计中，对于元器件材料成本不敏感的应用场合可采用小功率电源模块。小功率电源模块在电压降压转换处理过程中效率一般可达80%左右，可有效解决三端稳压芯片的发热问题。相对于三端稳压芯片而言，小功率电源模块在提高转换效率的同时，其市场价格较高。输出功率3 W 左右的小功率电源模块一般市面售价不低于15 元。部分输入输出带隔离功能的小功率电源模块售价更高。

通过上述比较可知，在PCB 电源系统设计过程中，采用三端稳压芯片降压具有成本低的优势，但芯片转换效率低，发热较大，影响PCB 整体工作性能。7805 等三端稳压芯片适用于负载功率较小或者成本敏感型产品中加装散热器使用。小功率电源模块提高了转换效率，但使用成本较高，在成本敏感型系统中将降低产品竞争力。因此，设计一款高效、低成本的电源转换电路能有效降低产品成本，提升产品市场竞争力。

3 基于JW5026 的电源电路设计

本文设计了一种基于DC-DC 降压转换芯片JW5026 的电源设计电路，并对JW5026 芯片输出波形、LC 滤波输出电压纹波以及转换效率进行了测试。JW5026 芯片是杰华特微电子有限公司生产的新一代宽输入电压范围、高频调制、高效率的DC-DC 降压转换芯片。该DC-DC 降压转换芯片基本参数如下：

（1）输入电压范围：4.7 V～40 V，DC。

（2）输出电压最低可达0.8 V。

（3）调制频率：1.1 MHz。

（4）转换效率：最高达95%，一般工况约87%。

（5） 输出最大电流：1 A。

（6） 封装：SOT23-6。

同时，该芯片还具有集成内部补偿、软启动以及输出短路保护等功能。JW5026引脚分布如图2所示。

图2 JW5026 引脚分布图

JW5026 各引脚定义及功能描述如表1 所示：

表1 JW5026 引脚定义及功能

由于JW5026 芯片调制频率为1.1 MHz，极大的降低了输出电压所需LC 滤波电路中电感量和电容量，减小了LC 滤波电路电感和电容体积，节约PCB 布局空间。对于尺寸要求较苛刻的PCB 设计，JW5026 芯片及外围电路布局优势明显。JW5026 输出5 V 电压的典型应用电路如图3 所示。

图3 JW5026 典型应用电路（输出5 V 电压）

4 电路测试结果

本文参考图3 中典型应用电路进行了测试电路设计，在不同输入电压以及不同负载情况下进行了测试。测试结果由于测试方法以及试验仪器等原因可能存在部分误差。

表2 输入12 V，输出1.67 W 工况下测试结果

表3 输入24 V，输出1.67 W 工况下测试结果

表4 输入12 V，输出3.0 W 工况下测试结果

表5 输入24 V，输出3.0 W 工况下测试结果

5 结论

由表2 至表5 试验结果可知，在5 V 输出功率为1.67 W、3.0 W 的情况下，JW5026 芯片的转换效率均高于85%。通过试验结果不难看出，同等输入电压情况下，输出功率越小，转换效率越高；同等输出功率情况下，输入电压越低，转换效率越高。

JW5026 在上电启动过程中，实测响应速度均小于2 ms。同时，JW5026 在启动过程中输出电压上升平稳，无明显过冲。