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BUCKDC DCConvertor GMTFAE Billy Chen 几种基本类型的开关电源 1 1 几种基本类型的开关电源 开关电源 利用电子开关器件 如晶体管 场效应管 可控硅闸流管等 通过控制电路 使电子开关器件不停地 接通 和 关断 让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制 从而实现DC AC DC DC电压变换 以及输出电压可调和自动稳压 开关电源一般有三种工作模式 1 频率 脉冲宽度固定模式 2 频率固定 脉冲宽度可变模式 3 频率 脉冲宽度可变模式 DC AC逆变电源 或DC DC电压变换多采用第一种工作模式 以开关器件在电路联接方式分类 1 串联式开关电源 BUCK 2 并联式开关电源 BOOST 3 变压器式开关电源 BUCK BOOST 串联式开关电源 1 2 1 串联式开关电源的工作原理 图1 1a 图1 1b串联式开关电源输出电压的波形 Ui是开关电源的工作电压 即直流输入电压K是控制开关R是负载K导通 输出Up Ton Up Ui K截止 Up Toff Up 0 Ua是开关电源输出电压平均值 串联式开关电源 1 2 1 串联式开关电源输出电压滤波电路因多数电源输出都是直流电压 因此 输出电路都带有整流滤波电路 L是储能滤波电感作用 Ton周期时 限制大电流通过 防止Ton时输入电压直接加到负载R上 同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储 Toff周期时 磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出C是储能滤波电容作用 Ton周期时 把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储 Toff周期时 把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出D是整流二极管作用 主要功能是续流作用 故称它为续流二极管 Toff周期时 给储能滤波电感L释放能量提供电流通路 串联式开关电源 1 2 1 串联式开关电源输出电压滤波电路 在控制开关关断期间Toff 储能电感L将产生反电动势 流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出 通过负载R 再经过续流二极管D的正极 然后从续流二极管D的负极流出 最后回到反电动势eL的负极 对于图1 2 如果不看控制开关K和输入电压Ui 它是一个典型的反 型滤波电路 它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值 BUCKConvertor基本操作 Q1TurnON Q1TurnOFF 连续模式下的BUCK电路各点波形 ContinuousModeVS DiscontinousMode 在大多数BUCK应用中 电感电流在整个负载工作周期中都不会降到0点 但在一些应用中 最大负载非常轻时 设计在非连续模式可以使用更小的电感值 同步降压VS 非同步降压 对于更高负载电流的应用时 同步模式具有比非同步BUCK更高的效率但同步模式需要解决一个OVER SHOOT的问题 OVER SHOOT就是Q1 Q2同时导通 此时Vs将产生一个很大的瞬间电流 这是不容许发生的 同步降压非同步降压 降压型转换器DUTY的确定 Vout D Vs t Ts DTs 0 Vs Vsw t Fs 1 Ts switchingfrequency 0 D 1 Vo Vs 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输入电容器的设计考量 输出电感的选择 IL IL IL IL IL IL IL IF 输出电感的选择 IL 输出电感的选择 L 输出电容的选择 Cout LC串聯諧振現象 输出电容的选择 Cout But 输出电容的选择 Cout 输出电容的选择 Cout 選擇電容除了容值計算之外必須考慮ESR的大小 為了降低ESR我們可以將電容並聯使用 一方面降低ESR 一方面可增加電容量 選擇電容必須注意溫度特性以及頻率特性 電容所能承受的電壓以及交流電流也必須考量 输出电容的选择 Cout 内置开关FET 同步降压型DC DC G5626P11U设计实例 GMTFAE Billy Chen G5626P11U的主要特点 高效率 最大94 输出电流 最大2 0A持续工作电流输入电压范围 2 5VTO5 5V工作频率 1MHz无需续流二极管低压差状态下工作 支持100 占空比高精度基准电压 0 8V 2 断开模式下的耗电流 20uA内置开关FET PMOS 0 116 NMOS 0 093采用电流模式 输入和输出瞬态响应快内置过温保护 160封装 SOP 8 外接电感的计算和选择 G5626P11U的设计参数 输入电压 5 0V输出电压 1 8V 2 0A输出纹波 20mV 根据临界电感公式计算电感的最小值 0 288uH但为减小输出纹波和电感上的PEAK电流 实际应用通常使 IL 20 Iout计算可知 此时电感值为2 88uH选择2 2uH或3 3uH都是可以的 这里我们选择电感为2 2uH当电感为2 2uH时 计算 IL为 外接电感的计算和选择 根据上述的计算结果 电感选择感量为2 2uH 耐电流需大于2 524A 外接电容的计算和选择 G5626P11U的设计参数 输入电压 5 0V输出电压 1 8V 2 0A输出纹波 20mV 通常需要选择更大的电容以满足纹波电流的需要 和因电容ESR产生的影响10uF或22uF是被建议的