DC-DC電源設計8個要點
發(fā)布時間:2025-04-08作者:admin點擊:93
1關于EN引腳外圍設計
如圖:

在用DC芯片時,我們有設計需求,如當升到多少電壓時我們讓芯片啟動, 降到多少電壓時我們判定芯片掉電,要實現(xiàn)這兩個電壓的需求就要靠上圖Ren1和Ren2兩個電阻實現(xiàn)。
兩電阻的計算方式如下圖:

對上圖的解釋:
Vstart:輸入電壓達到一定值時讓芯片開始工作的電壓;
Vstop:輸入電壓下降到一定值時認為芯片掉電的電壓;
Ven:芯片的啟動閾值電壓(也就是最小啟動電壓);
2關于SS(緩啟動)引腳外圍設計
如圖:

芯片的啟動時間由SS引腳串聯(lián)的電容控制,串聯(lián)的電容越大啟動時間慢,反之則越快
啟動時間計算公式如圖:

注:啟動設置要根據(jù)你設計的電路里各個模塊需要的啟動次序來設計,使不同模塊在正確的時間上電;要注意電容設置過大會造成電源啟動緩慢,出現(xiàn)CPU啟動異常的現(xiàn)象。太小會出現(xiàn)電源啟動不起來的情況。@電路一點通
3關于Vin引腳輸入電容的設計
如圖:

輸入電容的作用就是濾除電源上面雜亂的波形。
計算公式(根據(jù)手冊):
如圖:

解釋公式:
上圖左上角公式:
ΔVIN:表示紋波的峰峰值;
Io(MAX):表示最大輸出電流;
CBULK:表示電容量;
fSW:開關頻率;
ESR:電容的串聯(lián)電阻。
后面加的部分因為值太小可以忽略。
上圖右邊的公式:
VP(max):表示紋波的峰峰值,單位mV;
Iout:表示最大輸出電流,單位A;
DC:表示占空比,百分比;DC一般取1/2;
注:I RMS(紋波電流) = Ipk(最大輸出電流)*根號(D*(1-D);
fSW:表示開關頻率,單位KHz;
Cmin:所需電容的最小值,單位nF;
實踐案例:
由上面的公式得:知道Vp(max)紋波峰峰值,就可以算出最小電容;
已知:Iout = 3A;DC取1/2就好,注這樣算出的會偏大一點,不過不影響;fSW開關頻率570kHz;Vp(max)紋波假設100mv;
帶入公式可得
最小電容為13uf;
所以并聯(lián)的電容,容值和最小為13uf;
但是當用這個容值,反過來求紋波可能會偏大一些,但不會差太多;
附加電容選型手法:

4關于VSENSE引腳輸出電壓設計
如圖看VSENSE引腳:

上圖VSENSE引腳中上面是R5,下面是R6;
根據(jù)歐姆定律分析可得計算R5和R6之間比列的計算公式

Vout:表示輸出電壓;
Vref:表示電阻R6上面那個結點的電壓,即為引腳VSENCE上的電壓,上圖為0.8V;
就依據(jù)上圖的案例
Vout = 3.3V;
Vref = 0.8V;
可得R5/R6 = 3.125;
雖然知道兩電阻之間的比例,但是電阻取值也不是隨便取的;
如圖:

上圖中有引腳VSENSE的最大電流,所以根據(jù)這個電流可得電阻R6的最大取值為80千歐。
所以R6的電阻取值就是1k-80k,單位是歐;
R5就根據(jù)比值計算出來;
器件有過壓保護等設計,比如上圖器件當Vref ->109%Vref時器件自動關閉。當小于107%Vref器件再次開啟。
5電感設計
計算公式和案例如圖:

解釋左下方的公式:
VinMAX:表示輸入最大電壓,單位V;
Vout:DC-DC之后的輸出電壓,單位V;
Io;表示輸出電流,單位A;
Kind:一個常量取值在0.1-0.4之間,一般取0.3;
fSW:表示開關頻率,單位KHz;
計算出來的電感L 單位為F;
該電感為電路所使用的最小電感,實際在用的時候要大于這個值。
解釋右下方的案例:
該案例為輸入電壓為12V,輸出電壓為3.3V,輸出電流為3A,開關頻率為570KHz;
算出來的4.66,單位為uf;
以上電感值的確定,下面要對電感的額定電流進行選擇。
額定電流的選擇就是確保電感的額定電流要大于電路輸出的峰值電流(就是直流成分和交流成分一起)?! out:單位V;
Vin(max):單位V;
Lout:單位H;
fSW: 單位Hz;
Illp:通過上面的單位計算得到的單位就是A; 注:一般電感額定電流的選擇,就大于輸出電流一點就可以了。
電感的ESR選擇小一點的。
6輸出電容設計
輸出電容的作用:(1)儲能,(2)濾波。
如圖:

最小容值的計算公式:

公式解讀:
Ro :輸出電阻,即輸出電壓/輸出電流,單位歐;
Fco'(max):剪切頻率,單位Khz;
Co(min):最小電容,單位F;一般最終結果我們要化為uf
實際案例:輸出為3.3V,3A,F(xiàn)co(max)= 25KHz;
計算得Co(min) = 1/172.7 F;要化為uf;
但是這個并不準確,還要考慮紋波,來計算容值的大小;
VRIPPLE:紋波電壓,單位mV;
IRIPPLE:紋波電流,單位A, 看電感設計的ILPP的計算公式。
ESR:電容的電阻,單位毫歐,當你選好那類電容就知道ESR的大小了。
Fs:開關頻率,單位Hz。
Co:要求的最小電容。 單位F
標稱單位算出來的值也是標稱單位。
實際案例
ESR = 20毫歐,VRIPPLE = 25mV。IRIPPLE(紋波電流) = 1A;
根據(jù)公式計算Co約等于43uf。
實際放電容時要大于計算值的兩倍。選擇的電容電氣特性要比較穩(wěn)定。溫度對容量的影響不會太大。
7/續(xù)流二極管
作用:當電路斷開時,起到續(xù)流的作用,與電感等元件形成回路。
如圖:

根據(jù)上圖來看怎么選型這個續(xù)流二極管:
(1)二極管的反向耐壓要大于二極管正上方那個結點的電壓,上圖中上面結點的電壓為VCC+0.5V;
(2)二極管的正向導通壓降要小,壓降越小,電路中所浪費的能量越小。
(3)二極管的導通頻率要合適,上圖因為DC-DC的開關頻率為570KHz,所以二極管的導通頻率要快,就選用肖特基二極管。
插入一個與續(xù)流二極管不關的東西:(1)芯片正上方的那個電容,按照芯片手冊的要求放置即可;(2)輸出之前放置的磁珠L4,優(yōu)點方便測量電路,缺點溫度變化時會有壓降。
8 \ 環(huán)路設計
如圖:

環(huán)路設計的指標:剪切頻率,相位裕量,增益裕量。
各指標的解釋:
剪切頻率:
定義:有的文檔叫穿越頻率,是指環(huán)路增益為0dB時對應的頻率;
意義:剪切頻率越高,響應速度越快,但更容易引起環(huán)路不穩(wěn)定和震蕩;剪切頻率過低則環(huán)路瞬態(tài)響應不夠,可能導致輸出電壓異常。
經(jīng)驗值:通常剪切頻率設計為開關頻率的1/10~1/20;瞬態(tài)響應不足的系統(tǒng)往往其剪切頻率低于10KHz,此時環(huán)路處于過度補償?shù)臓顟B(tài)。
瞬態(tài)響應:主要表征因負載變化而引起的輸出電壓變化,瞬態(tài)響應越差,則相同負載變化引起的輸出電壓變化越大;
相位/增益裕量:
定義:相位裕量--當環(huán)路增益為0時,對應的信號相位與180°的差值;增益裕量--當信號相位為0時,對應的負增益量;
意義:表征開關電源的穩(wěn)定度,如相位裕量或增益裕量不夠,則可能因溫度,PCB布局布線以及器件個體差異等影響,使系統(tǒng)進入不穩(wěn)定或震蕩的狀態(tài);
經(jīng)驗值:足夠穩(wěn)定的開關電源設計,一般應使相位裕量>=45°,增益裕量<=-10dB。
環(huán)路設計的計算公式:

解釋上圖公式:
左上角公式:
Gdc:表示的是直流增益,通過公式可以計算出來;
Vpo,F(xiàn)z1,F(xiàn)p1表示的三個極點,分別是低頻極點,零點,中頻極點。
右上角公式:
Gain:表示損失的增益;
PL:表示損失的功率;
下方公式:
PB:想要的相位裕量,上文提到要>=45°;
PB:表示需要提升的相位,就是要滿足這樣的剪切頻率,和相位裕量,還需要提升的相位。公眾號@電路一點通
后面就可以根據(jù)k值算出零點和中頻極點
- 上一篇:TL431恒流源電路對于電流有什么要求嗎?
- 下一篇:MOS管工作原理及特性