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    DCDC开关降压电路的设计要点
  • DCDC开关降压电路的设计要点
  •   发布日期: 2022-11-08  浏览次数: 1,299

    降压(Buck)电路是DCDC开关变换器的一种拓扑结构,设计方法较简单,但是还是有许多注意点。废话不多说,直接开写。

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    普通的buck变化器结构如图所示,VIN为DC输入电压,C1为输入电容,Q1为MOSFET开关,D1为buck结构中必须的二极管,在同步降压芯片中D1也是MOSFET,可以提高效率和降低成本。R1,C1不是必须的,RC吸收电路能提高EMI性能。L1为储能电感,C3为输出电容,R3,R4,U2,U1组成反馈环路,R3和R4设定输出电压。

    输出电压

    由于反馈电压VFB等于误差放大器参考电压VREF,可以得到输出电压。

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    反馈环路

    降压变换器的控制到输出的传递函数,式中VRAMP表示PWM产生器U1同相输入端锯齿波的峰峰值,R表示输出电阻,通常等同于负载电阻。C为输出电容。

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    降压变换器反馈部分的传递函数,分为两种,传统的误差放大器和跨导放大器。跨导放大器反馈电阻之比决定增益和相位,相同的电阻比值具有相同的增益和相位。传统的运算放大器,上电阻影响幅相曲线,若要改变电压,最好保持上电阻不变,改变下电阻。

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    降压变换器的闭环传递函数为,当开环传递函数G(s)H(s)为-1时,闭环传递函数将无穷大,即开环穿丝函数幅伯德图中,0db的相位不能为180°,否则系统不稳定,会引起振荡。为保证在系统受干扰时不会振荡,要留有一定的相位裕度和幅值裕度。通常相位设置为45°,因为在45°相位裕度下,典型的阶跃响应只有两个振铃,可以兼顾稳定性和响应速度。现在的降压IC外部大部分没有预留补偿接口,误差放大器会做内部补偿,由于补偿的参数不可知,所以反馈电阻尽量按照推荐参数选择。在电源设计好后一定要测试电源对输出动态负载的响应,观察响应速度和是否由振铃产生。

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    输入电容

    输入电容的目的是减小输入纹波,输入纹波需要控制在75mv(0.5%)以内。式中Cmin表示最小输入电容,单位为uF;Iout表示输出电流;fsw表示开关频率,VP(max)表示输入的最大峰峰值电压。

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    输入出电容

    输出电容器需要维持直流输出电压。推荐使用陶瓷、钽或低ESR电解电容器。低ESR电容器能更好地保持低输出电压纹波。输出电压纹波可以根据以下公式来估算:

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    电感

    电感是降压电路的核心器件,关系到整个电源的运行。式中IRIPPLE表示电感的纹波电流,是电感电流的峰峰值。一般取电感平均电流的30%-40%。降压电路的平局电感电流等于输出电流,L算出来的单位是uH。根据电感的峰值电流选择合适的电感和磁芯,峰值电流必须小于电感的额定电流,以保证磁芯不饱和。根据电感的有效值电流计算电感损耗以及发热是否在可控范围内。

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    以上就是DCDC开关降压电路的设计要点,设计好后需要进一步测试输出纹波,输入纹波,电感电流,温度是否满足设计值。PCB布局和布线也很关键,会影响EMI和电路性能。RC缓冲电路的设计以及EMI控制由于文章篇幅有限,这里不再赘述,有兴趣的同学可以通过公众号发消息给我,我发参考资料


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