TA的每日心情 | 开心 2019-11-20 15:05 |
---|
签到天数: 2 天 [LV.1]初来乍到
|
EDA365欢迎您登录!
您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册
x
DC-DC电源降压电路设计及其功率电感的选型介绍 # b# R8 [# y k( U# L' v' ]) u
' E) l+ V' u- m) x" W, F/ C
有的是分立电源(即一个电路一个输出电压),有的则是集成电源,例如PMU,存在多个电源输出,满足不同的需求。分立与集成各有优点。0 h1 m! m; Z3 e+ k- _* ~' f
1 a& U0 b) T }' _分立电源电路的优点:单体价格便宜,电路设计复杂,输出容易调整,可输出大负载能力,散热好。缺点:占PCB的面积较大,电源系统总成本可能会高于集成电源电路(具体问题具体分析),EMI较差。
8 K( O& B3 \2 p % [1 Q K" M" V( Q9 j8 h
集成电源电路的优点:输出电源种类多,电路设计简单,器件数量少,所占PCB面积小,节省空间,EMI较好。缺点:因集成度高,输出的功率较小,体积小不容易散热,严重情况会出现烧坏,单体价格较贵。) _! g+ X4 @! [5 K
9 |' }8 Y1 V6 G. [: {7 l3 A/ _
因功率电感在电源设计中属于非常重要的器件,所以这里一起介绍。6 W- T, k+ i: B! s, S8 ?( ?9 M& s$ V
& J! M: W/ \) h. }, X; L+ U降压电路设计
3 G& {. ^! j" M# R8 g! Z) f ; z2 I! e- z& Z5 d7 l t! T
一般在设计之初工程师提出具体的设计参数,例如:DC-DC工作频率、输入电压范围、输出电压范围、输出最大电流、输出纹波、效率、封装等。
) e+ K% z: b# Y N: v' h1 L$ r ( @! C% J. E* `
大部分电子设备中存在的电压为5V、3.3V,CPU小系统可能还存在1.8V、1.2V、或其他电源,在移动通讯中,常用的电源为3.8V。因原理一样,这里只举例5V和3.3V电源设计。
& }7 C+ y+ }2 p1 d9 O" n% N7 y 1 l6 O; c' m2 K6 C7 d! @9 U* \, z
例一:9V转5V电路设计 A6 y; C1 X4 {7 U* @. X* f
3 q2 y, ^; q! S1) 下图为Silergy的SY8120型号。具体自查规格书。; U1 N$ _, H" B$ P+ O3 g( L
简单介绍下规格参数:该芯片工作频率为500KHz,输入电压范围4.5V~18V,输出电流为2A,高效率,SOT23-6小封装。
# m i' U5 B6 ?! _& D- b$ ^ 3 r( _: }+ }, h5 ]+ l- p6 ~
下表红色部分为主要关注参数。
0 L/ P& M: t. B+ [8 W, N& P" G4 v % {: M' J! a( E7 j- o# \
Iq 静态电流,当输出空载时芯片自耗电,主要考虑领域为待机功耗。0 T2 z) O- O" p! N$ t
/ z1 |# Z/ |4 t5 r5 M9 H% f9 C
Vref为反馈参考电压,在芯片内部存在一个比较器,用于输出调节,是芯片的主要参数之一,通过反馈电阻网络调节输出电压。
4 @5 x$ w* v R& E H2 i0 J7 d 7 U* a$ m$ G, |! T
IFB是决定了反馈电阻网络的取值范围,如果此电流设计过大,会造成待机功耗增大,如果设计过小,反馈失效,导致输出不正常。
* ]2 N& K5 B# r. n- g& k# r2 O & T! l. u- H7 l6 T' s; z! E
上下MOSFET的RDS(on),越小约好,会影响到输出效率,静态功耗。. f; E8 I9 f! Q# R! q
' C5 w1 W5 X" o# N. WILIM是上下MOS的极限电流值,很多厂家,这个参数只有典型值或最小值,没有最大值,其实是为了自己规避问题,在设计中,按照典型值或最小值进行设计,基本能满足设计要求,但如果在输出负载超过这个值后,电源IC就会烧毁,上MOS几率最大。因此如果规格中设置了最大值,说明这个IC存在过流保护,在设计中是个很好的选择。6 i+ k. v6 D; W) J3 `& R! Q4 E
2 F. s% R2 ]9 f" r
VEN,是芯片开关功能,一般内部为一个施密特触发器,高于一个电压才能打开,小于一个电压才能关闭。在设计中,可能会出现无法关机的现象,因为系统中存在较多的电容,在关机过程中,电源下电时间等因素,导致这个问题的存在。所以重点关注下电时间点电压。: v4 @! ?! b$ O
; _3 P4 s' K/ kFSW,为芯片的主要开关频率,是电源设计中的非常重要的参数,影响了后面的输出电流设计,电感的选型和输出电容的选择。
* b- N4 q( U4 G: S% E2) 电源设计电路0 x; I3 f* P, _9 p5 y/ g- g6 ^9 ^
设计电路中,设计基本参数为:VIN大概为9V,输出电压为5V,输出电流1Amax,纹波小于50mV。1 [5 N% B, i+ N2 h
) b( ^* B7 W6 a! \5 ^& S5 s2 V
图中分为6个部分,按照序号,分别为:输入电容,自举电容,电感,反馈电阻,输出电容,缓启动。
& c' [5 u; X2 H m; Q/ j$ [ * r, N1 [* q% X$ X4 ^$ z) ^ X" u9 s
框1:一般输入电容为规格书建议值,一般为uF级,用于续流,防止在负载突然增大时,影响前面的电源,使前面的电源出现波动,如果存在高频滤波电容,需放置在IC附近。
& o( Q7 n2 u4 ?0 v' p
S7 R9 |: i$ ]" [4 O6 Y( u0 g框4:设计输出电压,要得到约5V的输出电压,因考虑电路中的线损,输出略高于5V。根据下面的公式,计算得到输出电压5.289V。2 o( C3 E8 }% e. Z
' p* s4 _5 ~5 k( R6 s; S4 ~Vout=0.6*(R43/R44)
- Y2 \1 l' o" z7 @, C" ~ 3 i' J3 N- s- _1 T! e0 b
框3:根据规格书中给出的公式计算。电路输入电压范围为7~12V(典型值9V),输出电压约为5.289V,输出电流最大约为1A,当输入电压为7V时,通过计算得到电感约为6.5uH,当输入为12V时,计算得电感约为14.8uH,选择常用的10uH电感。输入电压为9V时,根据公式,输出的最大电流约为1.09A,基本能满足要求。电感的额定电流要约为输出电流的1.5倍,那么选用额定电流1.68A的电感,能够满足要求。
% H( Y" w3 D* i) v/ F框2:有的电路外部自举电路,而有的则在内部。一般为0.1uf,使上MOS持续导通。+ N( j+ `- \9 `( G) |
. k% q2 f: e/ f0 [0 T框5:输出电容根据规格书要求最小为22uF,选用低ESR的MLCC电容两个10uF,如果规格书没有提出,需要根据下面计算公式得出。$ z& ]1 @4 f& Q/ e
, \4 d7 Z% t4 o; J& n纹波电流的计算公式:) \( K! M3 t* V. q2 g
输出的电容为20.1uF,因MLCC的ESR很小,可忽略,根据下面的公式得到纹波电压约为10mV,满足要求。+ N/ C4 T5 o1 B0 c, ~. o
; R, b3 j7 R8 O& ? e框6:阻容器件并联,起到延时缓启动的作用,同时在关电时,对地电阻起到迅速放电的作用。; F) j5 R3 f, h4 e2 \& \5 f. `# Y
5 |! K6 d! p) q/ d
放置R43上并联C60,有助于增加负载瞬态响应速度和输出稳定性,一般为10pf~22pf
0 a8 @$ Z( G! \ O S
6 W: D. I# z$ H6 W4 e' d0 Y在实际的工作中,一切可以调整的因素都是相对稳定的,并且带有一定的实际工作误差。因此在考虑开关频率、L和C的取值时,要考虑干扰因素,选取受到很多因素影响的一个折中的结果。
9 y; U" q/ R' b: T) k
; x1 e5 ^0 v) u) O. n' e3 O B' c: j7 j ^$ O9 B
|
|