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DCDC 降压芯片基本事理_电压_电源

少女玫瑰心 2024-11-13 22:16:26 0

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在电子产品中,我们常须要不同的直流电压来为电路供应事情,这时我们便会见到LDO和DC/DC的身影,但是严格意义上LDO也是一种DC/DC,在电源芯片选型中,LDO和DC/DC则是两种完备不同的芯片。
与线性稳压器LDO比较较,效率高是DC/DC的显著上风,常日效率在70%以上,效率高的可达到95%以上。

DCDC转换器常见的三种拓扑构造分别为Buck(降压型DC/DC转换器)、Boost(升压型DC/DC转换器)、Buck-Boost(升降压DC/DC转换器),大略单纯拓扑构造图如下所示:

DCDC 降压芯片基本事理_电压_电源 通讯

本篇文章紧张以降压型DCDC转换器为例,简要先容降压DCDC芯片选型时须要把稳的紧张参数,选型方法以及芯片外围匹配电路元件参数的打算。

2. 降压式(Buck)转换器基本事理

降压式(Buck)变换器是一种输出电压≤输入电压的非隔离直流变换器,Buck变换器的主电路由开关管S1,二极管D,输出滤波电感L和输出滤波电容C构成(详见上条Buck大略单纯拓扑图),基本事情事理如下:

当开关管S1闭合时,电感L被充磁储能,流经电感的电流线性增加,同时给电容C充电,给负载RL供应能量(如左图所示),此时Vout电压缓慢上升,若S1一贯闭合则终极Vout会近似即是Vin电压(S1有消耗压降);

当开关管S1关断时,储能电感L通过续流二极管D放电,电感电流IL线性减少,输出电压Vout靠输出电容C放电Ic以及减小的电感电流IL坚持(如右图所示)缓慢低落,若S1一贯保持关断,则Vout会终极降至0V;

按上述描述,Buck输出电压Vout曲线近似如下左图所示:

由此可知,通过掌握开关管S1开启关断的占空比,可以掌握输出电压Vout的大小(如上图所示)。

一样平常DCDC集成芯片内部汇合成电压调节电路,通过芯片输出端接分压电阻器将输出电压采样到FB(VFB)端,也便是反馈端,与基准电压比拟后通过运放输出一个电压,与三角波比拟,产生PWM旗子暗记,驱动功率管,实现电压的闭环掌握。

降压型(Buck)转换器按整流办法不同,分为异步整流型Buck和同步整流型buck:

非同步整流Buck

以上描述的通过二极管D来完成的续流回路,这种属于非同步整流型Buck转换器,也叫异步Buck转换器(见上图“异步整流Buck”)。

续流回路中采取的是二极管,具有单引导电性,不须要外加电路掌握其通断,因此它只有一个mos管(或者说开关管)须要用电路掌握,也就不用去强调同步掌握二极管,即可以理解为非同步。

由于二极管须要一定导通压降才能导通,如果输出电流比较大,那么就会有比较大的额外花费,另一方面,如果输出电压是比较低的时候,比如说是1.2V,那么二极管导通压降就占了很大的比例。
以是在大电流,小电压输出时候效率偏低。

同步整流Buck(Synchronous Step-Down Converter)

其余还有一种便是同步整流型Buck。
同步Buck在电路中续流回路中利用的也是MOS管(Q2),即高下管都是MOS管,由于MOS管本身是须要外部掌握的元器件,整流过程中必须根据电源的开关时序同步掌握Q1与Q2,以是该电路理解为同步(见右上图“同步整流Buck”)。

同步Buck的掌握较为繁芜,须要额外的驱动电路和掌握电路担保电路正常事情,如果去世区韶光处理不当,有可能高下管直通,造成MOS管破坏(这是指的是电源掌握器外接同步整流MOSFET的情形)。
对付内部集成了掌握器,高下管的电源管理芯片,由于MOSFET的特性已知,掌握和MOSFET集成,可以很好的办理上面提到的掌握问题,不须要过多担心。

同步和异步的差异从外部来看是同步的没有续流二极管。
BUCK的输出电流是分成两个部分的,一个部分是来自电源,一个部分是来自异步电路中的这个二极管,同步电路把这个二极管用一个内置的MOSFET给替代了,但是这个MOSFET的开和关须要芯片内部额外的掌握电路来保持和开关MOSFET的相位关系。

从性价比、可靠性和高电压输出场景表现,优先选择异步BUCK电路。
从功耗、效率和非连续事情场景噪声表现,优先选择同步BUCK电路。

3. DCDC芯片选型紧张参数参考

DC/DC选型时首先应考虑输入输出电压,输出负载,效率,本钱,封装,开关频率是否知足运用,分外的运用还须要考虑静态功耗(如手持设备),待机功耗等等。

输入电压范围 (Input Voltage)

考虑实际利用输入的电压颠簸范围,对照DC/DC器件手册推举事情电压范围选用,确保不能超过器件规格。

输出电压(Vout)

输出电压是DC/DC很主要的参数,也是电子设备设计者选型时首先应考虑的参数。
DC/DC有固定输出电压和可调输出电压两种类型。

最大输出电流 (Max Current)

持续的输出电流能力是DC/DC器件一个主要的参数,选用时要参考此参数,并要保留一定的余量,DC/DC的输出电流参数的选取需评估后级电路的瞬间峰值电流和发热的情形,综合来确定,并知足降额哀求(一样平常知足80%降额,即若实际须要2A则至少应选择2.5A及以上电流输出能力的DCDC)。

纹波噪声 (Ripple)

DC/DC器件开关动作以及对电感电容充放电,都会造成EMI(电磁辐射/滋扰)和电源纹波较大问题。
若DC/DC器件的纹波较大,会直接影响器件的转换效率,影响系统事情不稳定,发热量偏高,使全体系统的功耗偏大。

关于纹波能达到的指标取决于电源本身的设计,同时须要考虑电源系统带负载的实际需求,即要关注轻载和重载纹波。
电源每路输出负载的纹波值与该路的电流值有关系,电源在轻载下纹波一样平常是不会超标的。
DCDC电源纹波一样平常该当在200mV至50mV以下,满载不能超过该范围。

在实际利用中,大部分哀求高的数字芯片为5%的纹波哀求,小旗子暗记的仿照电路,对电源纹波哀求非常高,一样平常哀求在50mV乃至更低,此时可能须要考虑采取线性电源。

高速、高精度数据采集系统对精度和速率都有较高哀求,对电源的纹波噪声极其敏感,除哀求电源的纹波噪声小外,还需选用一些高精度、共模和电源抑制频年夜的运放来合营,电源的纹波噪声一样平常都需掌握在10mV以内。

开关频率 Switching Frequency

DCDC一样平常有几百K上M的事情频率,开关频率决定了外部电感的选型,频率越大须要的电感值就相对小一些,节省电路板面积。
外部电感越大,对纹波的抑制浸染越好,缺陷是不能快速的相应负载的变革。

效率 Efficiency

DC/DC器件具有较高的转换效率,在大功率电源转化中不会造成过大热能损耗和散热问题。
同时要关注轻载和重载两种情形,轻载会影响待机功率,重载会影响温升。
一样平常要能够达到80%以上。

负载调度率 (Load Regulation)

电源负载的变革会引起电源输出电压的变革,负载增加,输出电压降落,相反负载减少,输出电压升高。
好的电源负载变革引起的输出变革较小,常日指标为3%--5%。
负载调度率是衡量电源好坏的指标,好的电源输出接负载时电压降较小。

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