在上一篇《DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)與開發(fā) — 設(shè)計(jì)要點(diǎn)》文章中，我們介紹了降壓型與升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 PCB 設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析熱回路優(yōu)化與 GND 設(shè)計(jì)方法。

在完成了電路板設(shè)計(jì)后，開始進(jìn)入電路板安裝。電路板安裝是實(shí)現(xiàn) DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，本文將闡述安裝過程中的焊接技巧與導(dǎo)通檢查要點(diǎn)，最后使用示波器對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸出電壓、紋波噪聲及負(fù)載電流進(jìn)行評(píng)估。

01安裝電路板

下圖 (圖1) 展示了依據(jù)設(shè)計(jì)完成的電路板正反面。正如設(shè)計(jì)部分所介紹的，縮短 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的熱回路布線非常重要，以此能夠?qū)⑼鈬性?IC 附近。此外，有意識(shí)地在電路板背面采用寬范圍的 GND，即電路板的參考電壓，以使其穩(wěn)定 (銅箔部分）。

圖1 電路板正面 (左)；電路板背面 (右)

像這樣考慮各個(gè)元件和 GND 的聯(lián)系，實(shí)施起來非常困難。接下來介紹在實(shí)施過程中遇到的一些困難以及注意事項(xiàng)。

02助焊劑 (Flux)

由于本次設(shè)計(jì)使用通用基板，所有元件均需手工焊接。對(duì)于引腳間距細(xì)密的 IC (特別是采用 SOP 等封裝并通過 DIP 轉(zhuǎn)換板適配的情況），焊接是安裝過程中的難點(diǎn)。下圖 (圖2) 展示了 DIP 轉(zhuǎn)換板上的 IC 焊接狀態(tài)對(duì)比，左為焊接中，右為焊接后的效果：

圖2 DIP 轉(zhuǎn)換板上的 IC 焊接狀態(tài)對(duì)比(左：焊接中；右：焊接后)

在焊接的過程中，為了確保引腳間之間的完整焊接，推薦使用助焊劑 (Flux)。助焊劑是一種焊接促進(jìn)劑，能顯著改善焊錫流動(dòng)性，促進(jìn)焊錫精準(zhǔn)附著于焊盤，減少相鄰引腳間短路和虛焊風(fēng)險(xiǎn)。

助焊劑的另一個(gè)好處是它很容易用酒精洗掉，助焊劑殘留物可使用浸泡在異丙醇中的清潔布 (如 Kimwipes) 輕松去除，最終呈現(xiàn)如圖 2 右側(cè)的干凈效果。

03導(dǎo)通檢查

在安裝過程中及完成后，進(jìn)行系統(tǒng)性的導(dǎo)通檢查是防止電路故障的關(guān)鍵步驟。確認(rèn)方法很簡(jiǎn)單，如下圖 (圖3) 所示，只需將導(dǎo)通檢查器的兩個(gè)端子對(duì)準(zhǔn)測(cè)量位置即可。導(dǎo)通時(shí)儀器會(huì)發(fā)出聲音，不導(dǎo)通時(shí)不會(huì)發(fā)出聲音。

圖3 導(dǎo)通檢查

導(dǎo)通檢查關(guān)鍵點(diǎn)

建議在焊接完關(guān)鍵部分 (如電源輸入、IC 及其外圍元件) 后立即進(jìn)行局部導(dǎo)通檢查，而非等到所有元件焊接完畢。這有助于快速定位問題點(diǎn)，避免后期排查困難。

對(duì) IC 引腳、DIP 轉(zhuǎn)換板焊點(diǎn)、電源輸入/輸出端、GND 進(jìn)行重點(diǎn)檢查。需特別留意相鄰引腳間是否有短路，以及焊點(diǎn)是否與焊盤可靠連接 (無虛焊)。

完成電路板的設(shè)計(jì)與安裝后，需對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估以驗(yàn)證設(shè)計(jì)目標(biāo)是否達(dá)成。評(píng)估環(huán)節(jié)對(duì)于評(píng)估轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性、噪聲水平及負(fù)載能力至關(guān)重要。接下來將通過使用示波器進(jìn)行 DC/DC 轉(zhuǎn)換器關(guān)鍵性能評(píng)估。

04評(píng)估工具：示波器

在介紹 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的評(píng)估之前，先簡(jiǎn)單介紹一下示波器。示波器是一種可以檢測(cè)電信號(hào)時(shí)間變化作為波形的裝置，是電源評(píng)估時(shí)的必備物品，如下圖 (圖4) 所示：

圖4 示波器

示波器在電源評(píng)估中的主要作用

輸出電壓的大小測(cè)量

輸出電壓的噪聲測(cè)量

頻率/周期的測(cè)量

輸出電壓上升波形的測(cè)量

瞬態(tài)響應(yīng)特性的測(cè)量

05確認(rèn)輸出電壓

首要需要評(píng)估的點(diǎn)是：確認(rèn)轉(zhuǎn)換器能否穩(wěn)定輸出目標(biāo)電壓值。本次設(shè)計(jì)安裝了 3 種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的反饋電阻，設(shè)計(jì)了通過開關(guān)輸出 3 種電壓。使用示波器測(cè)量輸出電壓波形如下圖 (圖5) 所示，結(jié)果顯示各檔位均能精確、穩(wěn)定地輸出目標(biāo)電壓。

圖5 輸出電壓波形

接著開始確認(rèn)噪聲，輸出電壓的純凈度 (主要表現(xiàn)為紋波與噪聲) 是衡量電源質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。然而，初始測(cè)量時(shí)難以清晰觀測(cè)紋波波形。其原因在于測(cè)量設(shè)置不當(dāng)：在測(cè)量噪聲時(shí)也進(jìn)行了 DC 測(cè)量，沒有很好地?cái)U(kuò)大波形。

正確方法是：在進(jìn)行噪聲評(píng)估時(shí)，需要更細(xì)致地觀察波形，想要精確測(cè)量微小的交流噪聲分量，需要將示波器通道設(shè)置為交流耦合 (AC Coupling) 模式。通過 AC 設(shè)置，可以準(zhǔn)確觀察波形中心相對(duì)于水平的 0V 軸是如何波動(dòng)的，所以適合噪聲評(píng)估。實(shí)際測(cè)量的結(jié)果如下圖 (圖6) 所示：

圖6 波紋電壓波形 (上)、開關(guān)波形 (下)

圖片中，上面的波形表示輸出電壓的波形，下面的波形表示開關(guān)波形。在輸出電壓波形中，可以觀察到波紋電壓和尖銳的大峰值噪聲，這種尖峰噪聲主要伴隨著開關(guān)的打開和關(guān)閉而產(chǎn)生。

為了確認(rèn)尖峰噪聲是否真的與開關(guān)動(dòng)作相關(guān)，結(jié)合開關(guān)波形 (圖 3 下) 一起觀測(cè)，對(duì)比可見，噪聲的確是在開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生。這次的噪聲在后段 IC 的允許范圍內(nèi)，所以沒有問題，但為了減少高頻的尖峰噪聲，可在負(fù)載位置添加 LC 濾波器和鐵氧體珠等進(jìn)行抑制。

06確認(rèn)負(fù)載電流

示波器不僅可以確認(rèn)電壓波形，還可以確認(rèn)電流波形。接下來對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)試，下圖 (圖7) 為示波器中輸出電壓及負(fù)載電流的波形顯示：

圖7 輸出電壓及負(fù)載電流的波形

最初設(shè)計(jì)預(yù)期負(fù)載電流為 600mA 左右的負(fù)載，但實(shí)際測(cè)量后發(fā)現(xiàn)電流超過 1A。另外，電流波形上升稀疏，這是由于電源的電力供應(yīng)不足。由此可以發(fā)現(xiàn)，示波器不僅可以精確測(cè)量輸出電壓精度、分析紋波噪聲特性、驗(yàn)證負(fù)載能力，還可用于診斷故障原因。

07總結(jié)

本文主要介紹 DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路板安裝過程中的焊接技巧與導(dǎo)通檢查要點(diǎn)，并使用示波器進(jìn)行輸出電壓、紋波噪聲及負(fù)載電流進(jìn)行評(píng)估。

合理使用助焊劑能有效提升手工焊接質(zhì)量，尤其適用于精細(xì)封裝的 IC。系統(tǒng)性的導(dǎo)通檢查對(duì)于保障電路連接正確、避免短路或開路故障、防止器件損壞具有重要作用。

另外，使用示波器可精確測(cè)量輸出電壓精度、分析紋波噪聲特性、驗(yàn)證負(fù)載能力及診斷故障原因。通過評(píng)估，可確保電路設(shè)計(jì)滿足性能要求并為優(yōu)化提供依據(jù)。