给主板、显示控制板或者多外设设备选电源,常会遇到这样的需求:输入是12V适配器,输出要5V或3.3V,电流却已经超过普通两三安降压芯片的能力。

这类电路,可以看看矽力杰的SY8368AQQC。

4~28V输入,标称8A连续输出,内置同步上下管,封装只有3mm×3mm。 再加上快速响应控制、软启动、PG和可配置限流,它适合放进板级大电流电源的选型清单。

一颗芯片,集成同步上下管

SY8368A是一颗同步降压转换器,内部已经集成高侧开关MOSFET和低侧同步MOSFET。外部接上电感、输入输出电容、自举和反馈网络,就能构成降压电源。

下面是手册给出的典型应用电路。可以看到,主功率通路没有再外接一颗续流肖特基二极管,续流主要由内部低侧MOSFET承担。

SY8368A原厂手册典型应用电路

在数安培负载下,同步整流的好处很直接:用MOSFET较低的导通电阻承担续流,有利于降低这部分损耗,也减少一个外部功率器件。

它的上下管导通电阻典型值分别为20mΩ和10mΩ。两个数字要结合各自的导通时间看,不能相加以后直接乘输出电流平方。实际损耗还包括开关损耗,导通电阻也会随温度变化。

我会把它看作一颗集成度较高的板级电源芯片:功率管和驱动在内部,设计时可以把更多精力放在外围选择、输出表现和散热上。

先把主要规格列出来

项目SY8368AQQC
推荐输入范围4.0~28V
标称输出能力连续8A,峰值16A
内部功率管高侧20mΩ、低侧10mΩ,典型值
控制架构Instant PWM,强调快速瞬态响应
开关频率伪恒频;5V输出时典型800kHz
反馈基准0.6V,精度±1%
内部软启动典型600μs
关断电流EN=0时典型3μA,最大10μA
状态与控制PG、EN、ILMT
保护功能短路及过压打嗝保护、过温自动恢复
封装QFN3×3-12

8A和小封装,是它吸引人的地方。 但8A要建立在合适的电感、PCB和散热条件上,16A峰值也不能当作长期供电目标。

4~28V的输入范围,适合评估12V、19V适配器等供电。若接24V母线,需要把电源容差、热插拔和尖峰算进去;48V系统不能直接使用。

输出通过分压电阻设置。0.6V基准方便配置3.3V、5V等常见电压,±1%是基准精度,最终输出误差还要合并电阻误差及其他影响。

效率和响应,放到实际负载里看

SY8368A采用Instant PWM架构,目标是改善高降压比应用中的瞬态响应。这一点适合负载变化较明显的主板、通信和显示电源:模块启动、外设接入,都会让供电电流出现变化。

应用笔记给出了12V输入、5V输出,负载在0.8A与8A之间切换的波形。粉色是输出电压变化,绿色是电感电流:负载突增时输出短暂下陷,卸载时出现上冲,随后恢复。

SY8368A在12V输入5V输出下的0.8A至8A负载阶跃波形

这张图直接对应主板负载突然增加的情形。图中电压刻度为100mV/格、时间刻度为200μs/格,刻度本身不能当作最大偏差或恢复时间指标。实际表现仍与输出电容、电感、布局及负载变化速度有关。

手册还给出了5V输出时的效率曲线,分别对应7.4V、12V、19V和28V输入。

SY8368A原厂手册效率与负载电流曲线

这张图比单独写一个“最高效率”有用。横坐标覆盖轻载到重载,几条曲线也说明输入电压会影响效率。给自己的项目选型,应找到对应的输入和常用负载区间,再看它的表现。

800kHz也要带着条件看。 应用笔记在4A负载下给出了频率与输出电压的关系:5V输出时典型约800kHz,较低输出电压对应的典型频率也会下降。它采用伪恒频控制,不能把800kHz套到所有输出电压和负载条件。

SY8368A在4A负载下输出电压与开关频率的关系

做3.3V或更低电压电源时,电感纹波应按相应工作点核对。轻载时还要检查工作模式、输出纹波及可闻噪声。

PG、软启动和限流,都有实际用途

内部典型600μs软启动,让输出逐步建立,帮助限制启动时的冲击。对于后面接着较多电容和模块的主板,这比完全不受控地给输出充电更容易安排。不过,输出电容很大时,启动电流仍要单独核对。

PG可以让主控知道电源是否进入正常电压区间。 它采用开漏输出,配合上拉电阻使用,适合接入主控状态检测或上电顺序管理。

EN用于开启、关闭芯片。EN=0时,芯片关断电流典型3μA、最大10μA,适合由主控关闭暂时不用的电源支路;这不包含反馈、电容漏电等外围消耗。

这个引脚不要悬空。若VIN接电池,而控制EN的主控掉电后引脚变成高阻,应用笔记建议用1MΩ下拉,减少噪声造成误启动的机会。

ILMT则用来配置低侧MOSFET的电流限制。按手册,拉低、悬空、拉高对应典型8A、12A和16A档位。这个功能方便针对不同负载选择限流条件,但不能当作输出恒流调节,也不能凭“设到16A”就把电源当作16A使用。

下图为QFN3×3-12封装的顶视引脚图。

SY8368A原厂手册引脚分布图

保护方面,它集成短路、过压打嗝保护及过温自动恢复。发生相应故障时,控制与保护逻辑参与关断或重启,减少外围实现这些功能的负担。

应用笔记还给出了满载启动和短路保护波形。下图左侧是12V输入、5V输出、8A负载下由EN启动的过程;右侧是相同输入输出条件、ILMT悬空时,从8A负载进入短路后的保护过程。

SY8368A原厂8A满载EN启动及8A到短路保护波形

启动图里能看到输出逐步建立;短路期间则反复尝试启动,故障解除后恢复输出。这些波形可以作为样板测试的对照,但对应的是厂商给定的测试条件,输出电容、负载和散热改变后仍需实测。

VCC是内部3.3V LDO输出,服务于内部模拟电路和驱动,按要求去耦即可,不把它当作给外设供电的通用3.3V电源。还有一个封装细节:引脚图中间的2号焊盘属于LX,画封装和铺铜时要认清,不能习惯性当作地焊盘。

这些场景,我会优先考虑

12V主板的5V大电流支路。 多个模块和外设集中用5V,负载达到数安培时,同步整流和8A等级的能力都有用处。

显示控制板、机顶盒和高功率AP。 这些也是厂商列出的应用方向,通常需要紧凑的降压电源,并关注负载变化时的输出表现。

19V适配器输入的低压电源。 输入落在推荐范围内,可以评估降到5V或3.3V;同时看对应降压比下的效率、温升和外围配置。

同级候选中,TPS56837也提供28V输入、8A同步降压能力,可以继续比较其可选频率、软启动和轻载策略。若系统更需要高输入耐压,TPS54560这类60V器件属于另一条选择路线,但其标称5A不能直接承担8A需求。这些器件的引脚和外围不同,不能直接原位替换。

设计计算在这里记住两件事就够了:5V×8A就是40W输出,整路散热要跟上;电感选型要看电流纹波后的峰值,不能只看负载平均电流。 再把输入电容靠近IN和GND、反馈远离LX,检查冷启动和负载阶跃,才算把芯片性能用到板子上。

再看这张布局图,你会怎么布?

应用笔记最后还给了一张参考Layout。做到8A,原理图上几根相连的线,落到PCB上就有了回路面积、寄生电感和散热的区别。

SY8368A应用笔记原厂PCB参考布局

我建议沿着图里的三个位置看。

CIN与IN、GND的位置。 输入电容紧靠芯片输入和地,目的是缩小高频输入电流回路。电容容量够,位置却离得远,走线寄生仍会带来尖峰和噪声。

中间的LX铜皮。 这里连接内部开关与电感,是高dv/dt节点。手册要求控制它的面积,减少噪声耦合;同时又要求尽可能扩大GND铜皮,改善散热和噪声表现。这两块铜承担的任务不同,不能一律铺得越大越好。

下方的R1、R2和FB。 反馈网络放在远离LX的位置,输出采样线绕到分压电阻一侧。布自己的板时,还要检查采样点、分压电阻回地,以及附近有没有大电流回流经过。

芯片小,电流大,器件摆放难免有取舍。参考图可以拿来分析每一条连接的目的,换了层数、板框和电感尺寸,布局也要重新安排。

假如这一路5V、8A电源只能做在双层板上,你会怎样安排输入高频回路、LX铜皮和反馈回地?这张参考Layout里,你最想调整哪一处,为什么?