110第44卷 第3期
2021年3月
Vol.44 No.3
Mar.2021
水 电 站 机 电 技 术
Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station
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）
摘 要： 针对目前PCB电源系统设计中采用三端稳压芯片造成的电源转换效率低以及采用电源模块存在的高成本现状，设计了一种基于DC-DC降压转换芯片JW5026的电源降压转换电路。通过对该电路转换效率、输出电压波形以及纹波测量，证实了该电路的正确性以及高转换效率、高性价比优势。 关键词： PCB电源系统;JW5026；高转换效率
中图分类号：TN803.5 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2021）03-0110-02
DOI：10.ki.11-5130.2021.03.036
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。
图1 PCB板件常用电压分布图
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
收稿日期： 2020-07-31
作者简介： 李海燕（1983-），男，工程师，从事发电机励磁系统研究工作。
111第3期李海燕，等：JW5026在PCB电源系统设计中的应用研究
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
引脚号定义功能描述
1BST 内部转换开关的启动控制。实际应用电路中，需将该引脚与SW引脚之间通过一个大于0.1 μF的电容连接，以便为内部转换开关的控制提供电流。
2GND工作电源地。
3FB 输出反馈引。输出电压通过电阻分压之后连接至该引脚。该引脚工作电压约为0.8 V。
4EN 转换使能。该引脚为高电平时，允许芯片输出；该引脚为低电平时，芯片输出禁止。
5VIN输入电压端。与GND之间电压工作范围4.5 V~45 V。
6SW输出电压端。需连接LC滤波电路之后为负载供电。
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。
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
Vin电
压/V
输入电
流/A
输入功
率/W
输出电
压/V
输出电
流/A
输出功
率/W
功率损
耗/W
转换效
率/% 11.200.164 1.84 5.000.333 1.670.1790.76
表3 输入24 V，输出1.67 W工况下测试结果
Vin电
压/V
输入电
流/A
输入功
率/W
输出电
压/V
输出电
流/A
输出功
率/W
功率损
耗/W
转换效
率/% 23.300.082 1.91 5.000.333 1.670.2487.43
表4 输入12 V，输出3.0 W工况下测试结果
Vin电
压/V
输入电
流/A
输入功
率/W
输出电
压/V
输出电
流/A
输出功
率/W
功率损
耗/W
转换效
率/% 11.20.306 3.43 5.000.60 3.000.4387.46
表5 输入24 V，输出3.0 W工况下测试结果
Vin电
压/V
输入电
流/A
输入功
率/W
输出电
压/V
输出电
流/A
输出功
率/W
功率损
耗/W
转换效
率/% 23.300.150 3.50 5.000.60 3.000.5085.71 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。
参考文献：
[1] 姜培安.高速电路PCB设计方法与技巧[M].北京：中国
电力出版社，2010.
[2] JW5026 40V/1A,1.1MHz Synchronous Step-Down
Converter[EB/OL]./proinfo_2439.html.
[3] 山崎弘郎.数字电路的EMC[M].聂凤仁，秦晓平，译.北
京：科学出版社，2004.
[4] 雪茗斋电脑教育研究室.Protel DXP电路设计制版100
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[5] 曾峰，巩海洪，曾波.印刷电路板（PCB）设计与制作[M].2
版.北京：电子工业出版社，
2005.图3 JW5026典型应用电路（输出5 V电压）
