dcdc的參數(shù)及使用注意事項(xiàng)電感儲(chǔ)能型

1、一、常用指標(biāo)。1,開關(guān)頻率。開關(guān)頻率 F=1/T=1/(T on + T off).開關(guān)頻率低，由于開和關(guān)的時(shí)間都比較長(zhǎng)，因此為了輸出不間斷的需要，需要把電感值加大點(diǎn)，這樣可以讓電感可以存儲(chǔ)更多的磁場(chǎng)能量。同時(shí)，由于每次開關(guān)比較長(zhǎng)，能量的補(bǔ)充更 新沒有如頻率高時(shí)的那樣及時(shí)，從而電流也就會(huì)相對(duì)的小些。更高頻率DCDCW很多優(yōu)勢(shì)。目前開關(guān)頻率已達(dá)到數(shù)百 KHz甚至上千KHz,開關(guān)頻率的提高， 會(huì)使脈沖變壓器、濾波電感、電容的體積、重量都大大減小。頻率越高，所需要的電感的感 值就越小，電感線圈的圈數(shù)越少，直流阻抗越低。頻率越高，所需要的電容的容值就越小， 電容的體積越小。開關(guān)頻率提高，也會(huì)使瞬時(shí)響應(yīng)

2、更快。高頻率也會(huì)帶來(lái)一些缺點(diǎn)。主要缺點(diǎn)就是效率會(huì)降低，熱耗散也會(huì)增加。開關(guān)頻率的倍頻會(huì)對(duì)射頻系統(tǒng)造成干擾。2,紋波系數(shù)和噪聲。DCDC開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。如無(wú)特別要求，一般紋 波電流控制在不超過(guò)平均電感電流的兩成。Buck降壓型DCDC勺紋波系數(shù)為：可知，要想降低紋波電壓A Vo,除與輸出電壓有關(guān)外，增大儲(chǔ)能電感L和濾波電容C可以起到顯著效果，提高半導(dǎo)體開關(guān)電源器件的工作頻率也能收到同樣的效果。Boost升壓型DCDC勺紋波系數(shù)為:可知，要想降低紋波電壓A Vo,除與輸出電壓有關(guān)外，增大濾波電容C可以起到顯著效果,提高半導(dǎo)體開關(guān)器件的工作頻率也能收到同樣的效果

3、。Buck-Boost升降壓型DCDM紋波系數(shù)為:電感儲(chǔ)能型DC/DC是電源噪聲和開關(guān)輻射噪聲 (EMI)的來(lái)源。寬帶 PFM電感式DC/DC變換 器會(huì)在寬頻帶內(nèi)產(chǎn)生噪聲?？刹扇√岣唠姼惺?DC/DC變換器的工作頻率， 使其產(chǎn)生的噪聲落在系統(tǒng)的頻帶之外。電荷泵不使用電感，因此其 EMI影響可以忽略。泵輸入噪聲可以通過(guò)一個(gè)小電容消除。DC/DC 變3,輸入電壓。電感式 DC/DC變換器的最小輸入電壓可以做的較小，比如電池供電專用電感式換器可在低至1V甚至更低的電壓下啟動(dòng)工作，因此非常適合用于單節(jié)電池供電的電子設(shè)備。而大多數(shù)電容式的電荷泵的最小工作電壓為1.5V或更高，因此適合于至少有兩節(jié)電池的應(yīng)

4、用。4,輸出電壓。Buck降壓型 DCDC勺輸出電壓公式為：Vout=Vin* 8.Boost升壓型 DCDC勺輸出電壓公式為：Vout=Vin/(1- 8).Buck-Boost升降壓型 DCD必輸出電壓公式為：Vout=Vin* 8/(1- 8),當(dāng)8 0.5時(shí)為升壓型，當(dāng)8 X7RX5RY5V.鋰電解電容：高頻特性好，耐壓差，稀有金屬貴；.鋁電解電容：高頻特性差，耐壓高，廉價(jià)；4,輸出電容。輸出電容的作用是濾除開關(guān)紋波。電容耐壓必須超過(guò)輸出額定電壓 ，并留有余量。根據(jù)紋波要求，確定電容容量。輸出紋波電壓大小受到輸出電容的容量和ESR共同影響，所以輸出電容一般選擇具有較大容值和較小ESR的

5、電容。由于陶瓷電容的ESR很小，要降低紋波，主要是靠增大容值。 而對(duì)于電解電容，要降低紋波，主要靠減小ESR為減小ESR可采用多個(gè)陶瓷電容并聯(lián)的形式，最終總的REsR直就是這幾個(gè) RES曲聯(lián)后的電阻值，總的容值就是這幾個(gè)電容的容值之和。比如，為了得到更小的紋波，如果根據(jù)計(jì)算需要100uF的輸出電容，可以將 100uF的電容改成兩顆 47uF的相同類型的電容進(jìn)行并 聯(lián)。如果采用的是 100uF鋁電解，可以再多并聯(lián)一顆10uF左右的陶瓷電容或鋰電容，以大幅減小ESR5,續(xù)流二極管。在DCDOt路中，這個(gè)二極管主要作用是在開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，能與儲(chǔ)能電感構(gòu)成完整的電流回 路，所以也叫續(xù)流二極管。續(xù)流二極管

6、選型要注意耐壓和耐流，其額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，并留一定的余量。該二極管必須具有大于輸出電壓的反向額定電壓。其平均額定電流必須比所期望的最大負(fù)載電流大得多，才能耐受住功率電感的瞬時(shí)峰值大電流，而不被燒壞，（一般為最大輸出負(fù)載電流的2倍？）。 此外，因?yàn)镸OSFET：作于高頻開關(guān)模式，所以還需要二極管具有從導(dǎo)通狀態(tài)到非導(dǎo)通狀態(tài) 時(shí)，很快恢復(fù)。反應(yīng)速度越快，DC/DC的效率越高。續(xù)流二極管的正向電壓降要低，以免導(dǎo)通時(shí)有過(guò)大的損耗，造成發(fā)熱嚴(yán)重和降低效率。續(xù)流二極管要選用快恢復(fù)二極管，由于肖特基二極管具有更低的正向電壓降和極佳的反向恢復(fù)特性，通常使用肖特基二極管。 續(xù)流二極管的壓降一

7、般情況下都較大，損耗較高，如果輸出電壓很?。泓c(diǎn)幾伏）或者對(duì)效率要求很高，就需要使用 MOSf來(lái)替代，以獲得更高效率。6,分壓電阻。輸出電壓通過(guò) R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)反饋給控制電路，控制PWMb空比，從而控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。計(jì)算公式如下：R1VOUT VREF （1）R2為確保電路的高精確度，分壓電阻一般選用精度為1%三、布局走線1,輸出引腳到電感的導(dǎo)線，盡可能粗而短。盡量短確保DCDCB出的強(qiáng)干擾脈沖電流盡快被功率電感平滑，盡量粗是要確保能足夠承載大電流。2,輸入電容、輸出電容盡可能離IC近些。要優(yōu)先保證功率環(huán)路，再考慮干擾。其實(shí)靠的近，環(huán)路也就小了，干擾也會(huì)跟

8、著減弱些。3,地（GND）點(diǎn)相近。輸入電容的GND輸出電容的 GND IC的GND這幾個(gè)GN酸盡量離得近。4,電流環(huán)路的圈盡可能小，降低線圈的電磁感應(yīng)。每個(gè)電流環(huán)路都是一個(gè)干擾發(fā)射源，盡可能縮小環(huán)路。同時(shí)，每個(gè)電流環(huán)路還是被干擾對(duì)象。需要注意電感儲(chǔ)能型 DCDQB開關(guān)電源打開和關(guān)閉不同狀態(tài)時(shí)的電流路徑是不一樣的。降壓型DCDC勺電流環(huán)路如下圖加粗藍(lán)色線所示，共分3個(gè)過(guò)程，有3種電流環(huán)路。圖b為開關(guān)Q管打開時(shí)，電源放電，功率電感和輸出電容儲(chǔ)能，續(xù)流二極管D不導(dǎo)通，干擾很強(qiáng)。圖c為開關(guān)Q管關(guān)閉時(shí)，功率電感放電，輸出電容儲(chǔ)能，續(xù)流二極管D通路打開，干擾強(qiáng)。圖d也是開關(guān)Q管關(guān)閉時(shí)，功率電感儲(chǔ)存電量放完

9、，輸出電容開始放電， Q和D都不導(dǎo)通，此時(shí)電容放電的紋波很小，電量也偏小，干擾可忽略。：Q關(guān)新Bulk也事四升壓型DCDCT降壓型原理類似，分析方法相同，其電流環(huán)路如下圖加粗藍(lán)色線所示，也是 分3個(gè)過(guò)程，有3種不同電流環(huán)路。升-降壓型DCDC勺分析方法也相同，其不同過(guò)程狀態(tài)下的電流環(huán)路如下圖加粗藍(lán)色線所示。5,每種狀態(tài)下的電流環(huán)路走線要足夠粗。開關(guān)管打開和關(guān)閉的不同狀態(tài)下，每個(gè)電流環(huán)路的走線都要能夠承載大的瞬時(shí)電流。6,肖特基二極管。如果外圍電路有肖特基二極管，那么肖特基的兩端要和相鄰器件最短連接，否則負(fù)向脈沖很大。7,例圖。下圖是以TPS54329為例的原理圖和參考布局走線圖。it R口口叱

10、電路圖Dc Q黑新4 Q美新耐電事電詵勢(shì)事d Q吳春時(shí)也博也營(yíng)/Buck-Booit 胤也Q導(dǎo)遍w4.5 to 16V=C1 =rC2 yC310uF 10uF e.luFUiR3 10,0k TPS54329DDA MAAr)EN_VIN -VFB VBSTcAVREG5 SWSS GNDPwPd6 附 A(v A-Az 1萬(wàn)FTC5S 1C7 0.luF VOUTI.05V3A/wv15uH C8 C9 C1010iF 10uF 10uFVINVINVININPUTHIGH FREQFNCYBYPASSBYPASSCAPAQTOR CAPACITORTTo o o oPOWERGROUND

11、Not nstolecO VIA to Power Ground PlaneVIA to SW Copper Pour on Bottom or Internal LayerAFMIOGGROUQ TRACEVREG5 卜VFBFEEDBACKRESSTORSEXPOSED THERMAL PAD AREAPOWER GROUND匕？ BOOST：；CAPACITOR OOOSW noao copper pair area on or bottom layerC ；VBSTOUTPUT INDUCTORCAPACITOROOO OOO OOOOOOTOEHLECONTROLBIAS CAPSL

12、OW START CAPCon-c to POWER GROUND 8 intnmjlcc bottom loycr四、其它EMI。開關(guān)速度和開關(guān)頻率不可混淆。 開關(guān)頻率是半導(dǎo)體管的打開 /關(guān)閉頻率，是開關(guān)周期的倒數(shù)。 開關(guān)速度是指半導(dǎo)體管每次完成打開或關(guān)閉過(guò)程所需要的時(shí)間。開關(guān)頻率主要會(huì)造成 EMI傳導(dǎo)干擾，開關(guān)速度主要會(huì)造成 EMI輻射干擾。開關(guān)頻率越高，同 樣電感和電容，紋波越??；開關(guān)頻率越高，同樣紋波所用電感越小。 開關(guān)速度越快，IC轉(zhuǎn)換 效率越高；開關(guān)速度越慢，IC轉(zhuǎn)換效率越低。常用改善DCDCEMI措施：EMI傳導(dǎo)，用磁珠，注意發(fā)熱影響。EMI輻射，用共模電感。降低開關(guān)速度。DCD

13、雜處電流和電壓的波形如下圖。r Currewto vout+I CquTCouO Clii iy-htSmall HF Current Loop is requiredDCDCM波測(cè)量方法。1,限制示波器帶寬為 20MHz目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測(cè)量，盡量保證測(cè) 量的準(zhǔn)確性。大多中低端示波器檔位限制在20MHz高端產(chǎn)品還有200MHz帶寬限制的選擇。2,設(shè)置耦合方式為交流耦合。以更小檔位來(lái)仔細(xì)觀測(cè)紋波，不關(guān)心直流電平。3,保證探頭接地盡量短，盡量使用探頭自帶的原裝測(cè)試短針。如果沒有測(cè)試短針，可以拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，保證接地線長(zhǎng)度小于1c

14、mu測(cè)量紋波動(dòng)輒上百 mV勺主要原因就是接地線太長(zhǎng)。明L娓之健悠送的引卷囊豆1”接地找未接淮地稅H 泡，I r/jiiw皿 we3,電感嘯叫。只有聽覺范圍內(nèi)并且幅度較大的諧波才會(huì)被聽到。一般開關(guān)電源的開關(guān)頻率只要不在20K范圍內(nèi)，其諧波含量均不會(huì)引起較大噪聲。但是這個(gè)理論是基于開關(guān)電源開關(guān)頻率比較穩(wěn)定的情況下。所以說(shuō)，如果開關(guān)電源占空比不穩(wěn)定，其產(chǎn)生的諧波就有可能在 20K之內(nèi)并且幅度較大，這樣就能引起聽覺效應(yīng)。電感嘯叫的解決方法有兩個(gè)：一、從根本解決，占空比的不穩(wěn)定一般是控制環(huán)路的小信 號(hào)被噪聲干擾，DC/DC的占空比需要調(diào)節(jié)到很穩(wěn)定；二、如果是電感響，也有可能是磁芯的 磁滯伸縮引起的.可對(duì)電感浸膠.4,同步整流技術(shù)。同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET來(lái)取代整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)。它能大大提高 DQZ DC變換器的效率。功率MOSFE屬于電壓控制型器件， 它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFE做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)， 二極管的正向電壓的影響很重要，它將降低轉(zhuǎn)換器的效率。物理特性的極限使二極