引言：高效电源设计的核心需求
在工业控制、电动交通工具、LED显示屏等应用中，稳定高效的DC-DC电源模块是系统可靠性的基石。基于CXSD62678芯片的同步整流方案，以94.65%峰值效率、9-80V超宽输入电压和20A大电流输出能力，成为高压场景的理想选择。本文将深入解析其设计原理、关键配置及性能优势。
一、方案核心特性与规格
1.1. 电气参数
1.1.1)输入电压：9V~36V（标准版），可定制扩展至15V~80V
1.1.2)输出电压：5V±2%
1.1.3)输出电流：20A（峰值限流保护）
1.1.4)转换效率：最高94.65%（24V输入/20A负载）
1.1.5)保护机制：逐周限流、输出短路打嗝保护、欠压锁定(UVLO)
1.2. 机械结构
1.2.1)双层PCB设计（69mm×53mm×22mm）
1.2.2)紧凑布局支持高功率密度应用
1.2.3)基于本方案的参考电源模块图片
二、同步整流BUCK拓扑解析
2.1. 工作原理
采用双MOS管同步整流架构（图5-1）：
本方案的拓扑为典型的同步整流 BUCK 结构。采用同步整流 MOS 管代替快恢复整流二极管，从而极大提高电源转换效率。其中，Q1 为高端 MOS 管，Q2 为同步整流 MOS 管，HO、LO 为互补并带有死区时间控制的 PWM，分别驱动 Q1 和 Q2 的导通和关断。L 为储能电感，R 为负载电阻，C 为输出端电容。当 HO 为高电平时，开关管 Q1 导通，输入电压对电感 L 充电，同时对负载供电；当 HO 为低电平时，电感上的电流因无法突变而继续向负载放电，直到 LO 为高电平时，整流管 Q2 同步打开导通。
2.1.1)高端MOS管(Q1)：HO信号导通时，对电感(L)充电并向负载供电。
2.1. 2)同步整流管(Q2)：LO信号导通时，续流释放电感能量，替代传统肖特基二极管，降低导通损耗。
优势：整流管压降从0.3V降至毫欧级，效率提升5%~8%。
2.2. 关键器件选型
2.2.1)MOS管：
2.2.1.1)标准版：AP90N04K（4颗并联，TO-252封装）
2.2.1.2)高压版：AP70N100K（耐压100V）
2.2.1.3)选型要点：低内阻（Rds(on)）、小结电容（Ciss/Coss）
2.2.2)电感(L1)：33μH铁硅铝磁环电感，满足连续导通模式(CCM)：
式中：
Vin 是输入电压；
Vout 是输出电压；
Fs 是 PWM 工作频率；
Iripple 是电感中电流纹波的峰峰值,通常选择 Iripple 不超过最大输出电流的 30%。
三、电路设计深度解析
3.1. 启动控制
芯片将在低静态电流工作模式大概消耗 50uA 的工作电流，内部仅 UVLO 电路在工作，其他振荡器及
PWM 模块都处于关闭状态，输出电压为零，当 VDD 引脚上的电容电压充电到 4.6V 以上时，芯片开
始正常工作，开启振荡器、PWM 模块及反馈处理电路，输出电压稳压输出，同时输出电压通过外部
二极管到 VCC 引脚提供 VCC 工作电源，启动过程结束。
2 脚外部电阻可以调整启动电压跟关闭电压：
启动电压计算公式：1.2V x (R20+R21)/R21+18uA*R20
关闭电压计算公式：1.2V x (R20+R21)/R21
关闭电压设计为正常输出电压的 70%-90%
3.1.1)启动电阻(R2)：20KΩ（标准版）/75KΩ（高压版）
3.1.2)VCC充电：外部电容充电至4.6V后芯片启动，静态电流仅50μA。
3.1.3)关断电压：通过R20/R21调节，设计为输出电压的70%~90%：
3.2. 输出电压调节
3.2.1)反馈网络：
输出电压同过两个分压电阻到 CXSD62678 的 FB 引脚（8 脚）上，而内部误差
放大器基准电压为 1.2V。则输出电压:Vout=（1+R15/R18）*1.2V
R15（3.9KΩ）与R18（1.2KΩ）分压至FB引脚：
3.2.2)精度：±1%（依赖1%精度电阻）
3.3. 限流与短路保护
3.3.1)峰值限流：CXSD62678 芯片的高端输出峰值电流限流大小由串联电阻 R7 决定，峰值电流
的关系式是 IPK=180mV/R7；芯片低端输出峰值电流限流大小由低端 MOS 管内阻决定，峰值电
流的关系式是IPK=180mV/（低端 MOS 管内阻）。由检测电阻R7（0.007Ω）设定：
IPK=180mV≈25.7A
3.3.2)短路保护：
当输出短路、R21 电阻悬空时，CXSD62678 将工作在最大峰值电流限流输出，同时 VCC 的
电压将会失电由于输出电压不能再通过二极管为 VCC 引脚提供电源，CXSD62678 芯片的静态工
作电流很快泄放掉 VCC 引脚上电容的电压，当 VCC 引脚的电压低于 3.8 V 时，CXSD62678
芯片将彻底关闭 PWM 输出，同时输入电源通过外部启动电阻重新对 VCC 引脚的电容开始充电，
当 VCC 引脚的电压高于 4.6V，芯片重新开启 PWM，如果输出一直处于短路状态，芯片将间隙
去开启功率管，此时 CXSD62678 芯片将处于限流和短路保护模式。
3.3.2.1)短路时VCC电容放电至3.8V，PWM关闭；
3.3.2.2)R2重新充电至4.6V后重启，循环“打嗝”模式直至故障解除。
四、PCB与元器件布局关键
4.1. 优化策略
4.1.1)输入/输出电容：
C1、C5 为输出电容，C7、C13 为输入电容，这 4 个电容特性对整机的转换效率有
明显影响，所以要选择高频低内阻的电容，以提高效率。
4.1.1.1)输入(C7/C13)：1000μF/16V电解电容（低ESR）
4.1.1.2)输出(C1/C5)：470μF/50V（标准版）或100μF/100V（高压版）
作用：抑制高频纹波，提升效率0.5%~2%。
4.1.2)走线设计：
4.1.2.1)功率路径（UIN+→Q1→L1→UO+）采用加粗铜箔，减少压降。
4.1.2.2)GND分区布局，避免数字/模拟地干扰。
4.2. 调试技巧
通内阻小，以及结电容（Ciss、Coss、Crss）小的 MOS 管。
在调试时，注意 MOS 管的开关毛刺尖峰，如果尖峰过大，可以将 MOS 管门级电阻改大。
4.2.1)MOS管尖峰抑制：增大栅极电阻（R4/R8等）降低di/dt噪声。
4.2.2)效率优化：优先升级电感（饱和电流＞25A）与MOS管（如SiC器件）。
五、性能实测数据
效率对比（5V输出）
| 负载电流 | 12V输入效率 | 24V输入效率 | 36V输入效率 |
|---|---|---|---|
| 5A | 93.2% | 94.1% | 93.8% |
| 10A | 94.0% | 94.6% | 94.3% |
| 20A | 92.5% | 94.6% | 93.5% |
结论：24V输入时效率最优，满载仍超94%。
六、应用场景扩展
1.工业控制系统：兼容PLC、传感器供电（9-36V宽压适应）。
2.电动自行车转换器：支持电池组12V/24V/36V直接降压。
3.LED显示屏电源：20A驱动能力满足高亮度模组需求。
4.PoE供电设备：匹配48V电信标准输入（高压版支持80V）。
七.方案原理图及工作原理描述
7.1图 6-1. CXSD62678 5V/20A（输入 9-36V）同步整流方案典型应用原理图
八.方案 PCB
8.1 元器件位图
8.1.2)Bottom 层位图
8.2.2)Bottom 层走线图
九.方案板元器件列表
9.1.CXSD62678-5V20A（输入 9-36V）BOM 表
9.2CXSD62678-5V20A（输入 15-80V）BOM 表
结语：方案优势总结
CXSD62678方案通过同步整流架构、精准限流控制及模块化设计，解决了宽压输入场景下的效率与可靠性痛点。其94.65%的转换效率、20A持续输出能力和短路打嗝保护机制，尤其适用于工业、交通、通信等高要求领域。支持定制输入范围的特性，进一步拓展了应用边界。
延伸建议：
1.高温环境需升级MOS管散热（如TO-263封装）；
2.如需12V/15A输出，可调整电感至22μH并优化反馈电阻。
