苹果|DC-DC电路设计技巧及器件选型原则( 二 )


2: PWM(脉冲宽度调制方式)
开关脉冲的频率一定 , 通过改变脉冲输出宽度 , 使输出电压达到稳定 。 PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声 。
B: 通常情况下 , 采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下 。
PWM的频率 , PFM的占空比的选择方法 。 PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制 , 且在重负载时自动转换到PWM控制 。
02

架构分类

1
常见的三种原理架构
A、 Buck(降压型DC/DC转换器)

图1
B、Boost(升压型DC/DC转换器)

图2
C、Buck-Boost(升降压型DC/DC转换器)

图3

2
BUCK电路工作原理详解

图4
伏秒平衡原则:处于稳定状态的电感 , 电感两端的正伏秒积等于负伏秒积 , 即:电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡 。

图5
当开关导通时:输入电压Vin加到LC滤波器的输入端 , 电感上的电流以固定斜率线性上升 。 如下图

图6
当开关关断时:由于电感上的电流不能突变 , 电感中存储的能量向负载释放电感电流通过二极管续流, 在这个阶段 , 电流波形是一条斜率为负的斜线 。 如下图

图7
03
设计技巧及主要技术参数选用要求
DC-DC电路设计至少要考虑以下条件:

A.外部输入电源电压的范围 , 输出电流的大小 。
B.DC-DC输出的电压 , 电流 , 系统的功率最大值 。

1
输入/输出电压(Input &Output Voltage):Vin/Vout
要按照器件的推荐工作电压范围选用 , 并且要考虑实际电压的波动范围 , 确保不能超出器件规格 。


2
输出电流(Output Current):Iout
器件持续的输出电流能力是一个重要的参数 , 选用时要参考此参数 , 并要保留一定的余量 。
此参数的选取还要评估电路的瞬间峰值电流和发热的情况 , 综合来确定 , 并满足降额要求 。

3
纹波(Output ripple):Vpk-pk
纹波是衡量电路的输出电压波动的重要参数 。 要关注轻载和重载纹波 , 一般轻载纹波要大 。 注意核电等场合下轻载纹波是否会超出要求 。 实际测试下各种场景负载下的情况 。 通常选用示波器20M带宽来测试 。

4
效率(Efficiency)
要同时关注轻载和重载两种情况 。 轻载会影响待机功率 , 重载影响温升 。 通常看12V输入 , 5V输出下10mA的效率 , 一般要80%以上 。


5
瞬态响应 (Transient response)
瞬态响应特性反应负载剧烈变化时系统是否能及时调整以保证输出电压的稳定 。 要求输出电压波动越小越好 , 一般按峰峰值10%以下要求 。
【苹果|DC-DC电路设计技巧及器件选型原则】实际要注意按推荐值选用反馈电容 。 常见取值在22p到120pF 。

图9

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开关频率(Switching Frequency) :fsw
常用的开关频率多数在500kHz以上 。 较高的开关频率1.2M到2M的也有 , 由于频率高开关损耗增加IC散热设计要好 , 故主要集中在5V低压输入小电流的产品 。 开关频率关系到电感电容的选用 , 其它如EMC , 轻载下噪音等问题也与之有关 。

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反馈参考电压及精度(Feedback Voltage &output accuracy) :Vref
反馈电压要与内部的参考电压相比较 , 配合外部的反馈分压电阻 , 输出不同电压 。 不同产品的参考电压会有不同 , 如0.6~0.8V , 替换时注意调整反馈电阻 。

反馈电阻要选用1%精度 , 只要根据厂家推荐来选 , 一般不要选的过大 , 以免影响稳定性 。

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