自制PL56002数控CV/CC同步Buck电路及铝合金外壳实践

在电子制作领域，数控电源一直是一个热门话题。对于热衷于DIY的爱好者来说，自制一款功能相对完善的数控电源不仅是对技术的挑战，更是一种乐趣。本文将详细介绍如何基于PL56002芯片设计、制作并调试一款数控CV/CC同步Buck电路，同时分享如何为这款电路打造一个铝合金外壳。

五六年前，笔者就对数控电源产生了浓厚兴趣，并先后尝试制作了多个数控电源。那时，对开关电源的了解尚浅，总希望能找到一款集成度高的芯片，最好能集成CV/CC控制且外置基准，这样MCU只需输出两路DAC或PWM信号，即可分别作为CV和CC的基准。然而，经过一番寻找，并未找到满意的芯片，只能自行搭建电路。起初，使用LM2596制作了两款，但功率偏小且过冲控制不佳。后来，基于TL494制作了一款，效果尚可，但元件多，环路补偿计算复杂。

前阵子，在网上闲逛时，偶然发现了一款集成度很高且适合做数控电源的芯片——PL56002（最初找到的是PL56001，但联系厂家后得知已停产），这重新点燃了笔者制作数控电源的热情。PL56002是一款固定导通时间（COT）同步Buck控制器，内部集成了CV/CC控制电路，输出电压范围为3~32V，输出电流范围为2~32A。其开关频率分为150kHz、300kHz、600kHz、1.2MHz四档，并集成了自举NMOS驱动电路、短路保护、过压保护等功能，采用3x3 20脚QFN封装，电路相对简单。

在了解PL56002的基本特性后，笔者开始设计电路。外置两个NMOS，配合功率电感、输出滤波电容，组成同步整流Buck电路。由于支持两路输出，因此可以有两个输出电路采样电阻。在电路设计过程中，有几个关键点需要注意：COMP管脚为内置EA（误差放大器）输出端，需外接频率补偿电路以保证电路稳定；FREQ管脚用于设置开关频率，接地时为150kHz，接VDD时为300kHz，如需600kHz或1.2MHz，可通过分压电阻调整；VADJ、IADJ管脚分别为CV和CC回路提供参考电压，可外接模拟电压信号或PWM信号。

COT控制方式相较于传统的电压型控制和电流型控制，具有更快的动态响应速度。其工作原理是：输出电压采样信号与参考电压用比较器比较，当电压采样信号低于参考电压时，上管HS导通，同时启动定时器，电感L中电流按固定斜率上升，输出电压也上升。达到固定导通时间后，上管HS关闭，下管LS导通开始续流，电感L电流按固定斜率下降，输出电压也下降。采样信号低于参考电压时重复上述过程。由于COT控制方式没有误差放大器，也不需要做环路补偿，因此没有了积分环节造成的延时，动态响应速度更优。

然而，COT控制方式也面临一些挑战。例如，它依赖输出电压波纹工作，因此需要输出滤波电容具有较高的ESR（等效串联电阻）。电解电容、固态电容、钽电容等ESR相对较大，适合用于COT电路；而MLCC（多层陶瓷电容）ESR相对较小，不太适合。为了解决这一问题，各大芯片厂商提出了多种技术和方法，如Type II纹波注入、RCC纹波注入等，甚至将纹波增强电路集成到芯片内部。

在设计PL56002数控CV/CC同步Buck电路时，笔者也遇到了一些问题。例如，在第一版PCB中，由于对地平面做了分割，导致带载后输出电压随负载电流增大而迅速下降。经过分析，发现是地平面划分出了问题，负载电流大了以后，PGND和AGND出现了电位差。于是，重新画板，使用4层板，PGND和AGND不再分割，底层和内1层做统一的地平面，问题得到解决。

此外，在调试过程中，还遇到了开关节点SW振铃的问题。通过分析振铃产生的机制，发现是由于存在各种分布参数和寄生参数导致的RLC振荡。为了解决这一问题，笔者尝试了多种方法，最终通过增加Snubber吸收电路（R2、C8）成功改善了SW节点波形。

在效率方面，虽然忘记具体测量，但输出22V/4A时电感微温，MOS不烫，说明效率应该还可以。选用的MOS是HYG015N04LSC2，耐压40V，电阻1mΩ，最大电流180A，虽然有点大材小用，但价格便宜。

最后，为了给这款数控电源打造一个更加坚固耐用的外壳，笔者抢到了一张铝合金外壳免费打样券，并在线上设计了一个铝合金外壳。整个设计过程基本上是傻瓜式的，有视频教程可供参考，不到一天时间就完成了设计并下单制作。一个多星期后，外壳制作完成，为这款数控电源增添了一份高端感。

通过这次实践，笔者深刻体会到了DIY的乐趣和挑战。自制一款功能相对完善的数控电源不仅需要对技术的深入理解，更需要耐心和细心。希望本文的分享能对同样热爱DIY的电子爱好者有所帮助。