电源系列-MP2359的buck降压与PCBlayout

一介绍1关于MP2359MP2359是一款单片式降压开关模式转换器内置有功率MOSFET。它能够在宽广的输入电源范围内实现1.2A的峰值输出电流同时具备优异的负载和线路调节性能。电流模式操作可实现快速的瞬态响应并有助于简化环路稳定过程。故障状态保护功能包括逐周期电流限值和热关断机制。MP2359需要最少数量的现成标准外部元件:MP2359提供TSOT23-6和SOT23-6封装版本。2功能引脚介绍引脚1BS自举引脚这是一个用于驱动内部高侧功率MOSFET的电源引脚。需要在BS引脚与SW引脚之间连接一个电容利用SW节点的电压摆动在电容上形成自举电压为高侧开关驱动器供电。这个电容通常选用0.01µF到0.1µF的陶瓷电容耐压值应大于输入电压。如果该电容电压不足高侧MOSFET无法正常导通会影响转换效率甚至导致无法启动。引脚2GND接地引脚这是芯片的参考地所有信号都以这个引脚为基准。在PCB布线时GND引脚必须连接到系统的地平面并尽量保持低阻抗路径。对于功率地流过电感和输入电容的大电流和信号地反馈、使能等小信号建议采用单点接地或分割地层的方式避免功率回路中的噪声耦合到控制回路中。引脚3FB反馈引脚这是可调版本MP2359的输出电压检测引脚内部连接到一个误差放大器的反相输入端。输出电压通过外部两个电阻构成的分压网络分压后送入该引脚芯片内部的基准电压典型值为0.81V会与之比较通过调节占空比使反馈电压稳定在0.81V。输出电压的计算公式为VOUT 0.81V × (1 R1/R2)其中R1是上反馈电阻连接VOUT与FBR2是下反馈电阻连接FB与GND。为了兼顾抗噪性和功耗R2通常建议选取10kΩ到100kΩ之间的阻值。引脚4EN使能引脚此引脚用于控制芯片的开启与关断。当施加在EN引脚上的电压高于1.2V典型值时芯片正常启动工作当电压低于0.4V时芯片进入微功耗关断模式关断电流通常小于1µA。该引脚不能悬空否则内部状态不确定。如果需要始终使能可以直接连接到VIN如果希望设定输入欠压锁定UVLO阈值可以通过两个外部电阻分压当输入电压达到设定值时EN引脚电压才超过使能阈值从而实现低输入电压保护。引脚5IN电源输入引脚这是芯片的主电源输入接受4.5V至24V的直流电压。该引脚需要连接输入滤波电容通常推荐使用至少10µF的陶瓷电容X5R或X7R材质并在靠近引脚处并联一个0.1µF的高频去耦电容以滤除高频噪声和抑制输入端电压纹波。输入电容的布局应尽量靠近IN和GND引脚以减小寄生电感确保在高电流变化率下输入电压稳定。引脚6SW开关引脚这是内部功率MOSFET的开关节点也是自举电容的参考点。SW引脚连接到外部电感和输出滤波电容同时还连接到续流二极管对于非同步整流型或内部低侧MOSFET对于同步整流型。SW节点上的电压在输入电压和地之间快速跳变频率约为1.4MHz因此该引脚是PCB布局中的关键噪声源走线应尽可能短而宽以减小辐射电磁干扰EMI和寄生参数。同时SW节点面积不宜过大以避免耦合噪声到敏感信号线。3使用场景与实际用途MP2359是一款宽输入电压4.5V-24V、输出可达1.2A的降压芯片。它主要用于工业控制、通信设备、消费电子等领域为MCU、FPGA等核心器件供电。具体场景包括分布式电源、路由器/机顶盒、电池充电器、WLED驱动及线性稳压器的预调节等二MP2359的buck降压的原理图设计1数据手册的典型电路Vout3.3V2博主设计的DC15V-DC5V的原理图3原理电路的设计与分析A,反馈电阻分压计算MP2359的FB引脚基准电压 VFBVFB​ 典型值为0.81V需查数据手册确认此处按常见值0.81V计算若实测或手册为0.8V结果略有差异。输出电压公式VOUTVFB×(1R5R4)VOUT​VFB​×(1R4/R5​)代入数值VOUT0.81×(149.99.53)0.81×(15.236)0.81×6.236≈5.05V结论计算输出约 5.05V符合5V设计目标考虑电阻精度实际在5.0V左右。B,电感选型验证VIN​ 为 12VVOUT5VVOUT​5V开关频率 Fsw1.4MHz,电感 L4.7µH。导通占空比 DDVout/Vin512≈0.417开关周期 TT1/Fsw11.4×106≈0.714µs导通时间 tontonD×T0.417×0.714µs≈0.298µs电感电流纹波峰峰值 ΔIL​ΔIL(Vin−Vout)×ton/L(12−5)×0.298µs4.7µH≈2.0864.7A≈0.444A综上分析纹波电流约为0.44A。若负载电流为1A则纹波率约为44%在合理范围通常30%~50%。电感值选择合适。C,输出电容选择考量输出纹波电压主要由电容的ESR和充放电引起。对于220µF电解电容ESR典型值约50~100mΩ需查具体型号。ESR引起的纹波ΔVesr≈ΔIL×ESR≈0.44A×0.05Ω22mV充放电引起的纹波ΔVC≈ΔIL/(8×C×Fsw)0.44/(8×220µF×1.4MHz)≈0.18mV可忽略总输出纹波约22mV小于50mV满足一般数字电路要求。并联10µF和100nF电容可进一步抑制高频尖峰。三MP2359的buck降压的PCBlayout1数据手册的典型布局2博主的PCB_layout(3)PCB布局要点A,输入回路最小化输入电容尽量靠近 VIN 与 GND 引脚减小高频电流环路面积降低 EMI。B,SW 节点尽量小电感靠近 SW 引脚SW 走线短而粗避免大面积覆铜减少辐射与振铃。C,自举电容靠近放置BST 电容紧靠 BST 与 SW 引脚走线短。D,输出电容靠近电感输出电容与电感、GND 形成短回路保证输出稳定。E,反馈走线远离干扰FB 电阻靠近 FB 引脚反馈线远离 SW、电感等噪声源可包地处理。F,地平面完整输入、输出电容地端尽量就近接同一地层保证低阻抗回流。