必须明确系统的输入电压范围、输出电压值、电流容量以及所需的工作频率。根据这些参数,工程师需选择合适的 DCDC 转换拓扑结构,如反激变换器、升降压变换器或 LLC 谐振变换器等。这一步决定了图纸的骨架,直接影响了后续的元器件选型与布局设计。
这是原理图最关键的环节。需要画出变压器、电感、二极管、开关管、电容以及控制芯片的布局。特别注意变压器绕组的线径选择、磁芯大小以及电感与电阻的匹配计算。在图纸上,应清晰标注每个元件的电气参数,如 DCU 的输入触发阈值、PWM 占空比、开关频率,以及电容的耐压值与 ESL(等效串联电感)。
除了主回路,还需要设计同步整流电路、驱动电路及反馈环路。原理图中必须体现控制芯片如何调整 PWM 信号,进而调节开关管的导通时间与频率,以实现输出电压的稳定。
于此同时呢,要标注采样电阻的位置及其阻值对反馈控制精度的影响。
输入端通常并联大电容以滤除高频噪声,防止干扰加剧;输出端则需多级滤波以稳定电压,降低纹波。原理图中需清晰展示这些滤波电容的容量、耐压等级及布局位置,确保系统运行稳定。
基于原理图进行 PCB 布局规划,遵循“电源先处理”、“电流先处理”、“高频先处理”的原则。标注 PCB 焊盘位置、丝印标记,考虑散热设计,确保图纸在转化为可制造产品时具备可操作性。
在输入端,首先是一个输入整流桥和输入电感,配合大容量的输入滤波电容(如 100μF 陶瓷电容),用于吸收交流电的尖峰波,提供平滑的直流电流,保护后续电路免受浪涌伤害。
核心部分则是反激变换器。输入电感(Primary Inductor)将高压直流电存储能量,当开关管(如 MOSFET)导通时,变压器漏感产生的感应电压驱动输出电容充电,此时输入电流(Iin)流经初级绕组,存储在变压器磁芯的磁场中。当开关管关断时,变压器磁能释放,通过次级绕组向负载供电。这一过程通过高频开关(如 200kHz)实现,图中标注了 PWM 控制芯片的 GPIO 接口,展示了它如何发出占空比信号来精确控制输入电流的脉宽,从而达到稳压目的。
在输出侧,输出整流二极管允许电流流向次级变压器绕组,并通过次级电容和输出电容进行多级滤波。输出电压(Vout)在负载开关管导通时降至最低,在关断时升至最高,形成一个纹波包络。理想情况下,应选用 3.3V 和 5V 双输出模块,逻辑上只需一个控制芯片即可驱动,但图中可能采用多芯片并联以应对高电流需求。
例如,在某款笔记本电脑的主板上,DCDC 转换器需同时提供逻辑核心、DDR 内存和硬盘的电源。此时原理图中会清晰展示多组电路并联:一组为 3.3V 逻辑供电,另一组为 1.5V 或 5V 高压供电。图中还会特别标注“独立输出使能”信号,防止不同电压模块之间产生电压尖峰,形成恶性循环。这种模块化、模块化的设计思路,正是高级工程师在绘制原理图时体现出的“模块化与可扩展性”思维。
不同形状的磁芯(如 E-core, S-core, P-core)对应不同的磁感应强度(B 值)和电流密度。在图纸上,磁芯的饱满度直接影响变压器的效率。若磁芯气隙过大,可能导致饱和,增加铜耗;气隙过小则磁性增强但散热困难。工程师需根据输入电压波动范围设计合适的磁芯,以保证宽频带下的稳定性。
原理图中通常会画出寄生参数,如电容的 ESL、电感 LSE,以及导线间的 stray capacitance。良型的电路板会使这些寄生电容减小,减少高频噪声耦合;反之,则可能导致开关噪声激增。优秀的原理图会提示这些关键节点的阻抗匹配问题,如输入电容与开关管的开关节点数是否足够。

现代 DCDC 电路多具备短路保护、过温保护、过压保护及输入电压检测。在原理图中,这些保护电路通常以明显的色块或特殊符号标注,如“保护电路”、“热敏电阻”、“电压比较器”等。查看这些模块的正确位置,是预判系统故障风险(如浪涌损坏)的关键第一步。