DC-DC的工作原理.ppt

DC DC的工作原理IC测试2010年3月11日 概述 升压式DC DC变换器主要用于输出电流较小的场合 只要采用1 2节电池便可获得3 12V工作电压 工作电流可达几十毫安至几百毫安 其转换效率可达70 80 降压式DC DC变换器的输出电流较大 多为数百毫安至几安 因此适用于输出电流较大的场合 升压式DC DC变换器 一 DC DC升压电路元器件作用 电感的作用 是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件 当MOS开关管闭合后 电感将电能转换为磁场能储存起来 当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能 且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载 由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的 所以输出电压高于输入电压 既升压过程的完成 肖特基二极管主要起隔离作用 即在MOS开关管闭合时 肖特基二极管的正极电压比负极电压低 此时二极管反偏截止 使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电 因在MOS管断开时 两种叠加后的能量通过二极向负载供电 此时二极管正向导通 要求其正向压降越小越好 尽量使更多的能量供给到负载端 二 DC DC升压电路元器件选择 1 因为电感值影响输入和输出纹波电压和电流 所以电感的选择是感性电压转换器设计的关键 等效串联电阻值低的电感 其功率转换效率最佳 要对电感饱和电流额定值进行选择 使其大于电路的稳态电感电流峰值 2 升压转换器要选快速肖特基整流二极管 与普通二极管相比 肖特基二极管正向压降小 使其功耗低并且效率高 肖特基二极管平均电流额定值应大于电路最大输出电压 3 升压调节器的输入为三角形电压波形 因此要求输入电容必须减小输入纹波和噪声 纹波的幅度与输入电容值的大小成反比 也就是说 电容容量越大 纹波越小 如果转换器负载变化很小 并且输出电流小 使用小容量输入电容也很安全 如果转换器输入与源输出相差很小 也可选小体积电容 如果要求电路对输入电压源纹波干扰很小 就可能需要大容量电容 并 或 减小等效串联电阻 ESR 输出电容的选择决定于输出电压纹波 在大多数场合 要使用低ESR电容 如陶瓷和聚合物电解电容 如果使用高ESR电容 就需要仔细查看转换器频率补偿 并且在输出电路端可能需要加一额外电容 三 DC DC升压电路元器件布局 首先 输入电容应尽可能靠近IC 这样可以减小影响IC输入电压纹波的铜迹线电阻 其次 将输出电容置于IC附近 连接输出电容的铜迹线长会影响输出电压纹波 第三点是 尽量减小连接电感和输出二极管的迹线长度 减小功耗并提高效率 最后一点是 输出反馈电阻远离电感可以将噪声影响降至最小 四 DC DC升压电路应用 电感型升压转换器的一个主要应用领域是为白光LED供电 该白光LED能为电池供电系统的液晶显示 LCD 面板提供背光 在需要提升电压的通用直流 直流电压稳压器中也可使用 五 DC DC升压电路举例 在此以上海启攀CP2125B的产品来举例说明 该产品为具有内置过压保护功能的升压型白光LED驱动器 其测试资料和测试原理图如下所示 CP2125B产品调试步骤 1 根据测试原理图制作专用PCB板 注 因此产品对外围元器件的要求比较高 而且外围元器件要尽量靠近产品管脚 所以要制作专用的PCB板 另地线应该尽量粗以避免地线上的损耗 2 根据客户测试资料编写源程序 注 测试顺序原则上与测试规范上的顺序一致 如有认为测试顺序不合理的 需要征得客户同意才修改 open short测试尽可能多的测试管脚的open short 如果客户测试规范上没有测试open short的 必须自己加上open short项 如有可能 增加管脚的Contact测试项目 3 测试程序的调试 根据测试规范的顺序调试各测试项目 调试时应尽量一项一项调试 这样的话若测试 程序对产品有损伤的话可以快速锁定是哪个测试项目对其有损伤 便于尽快查找出原因 4 测试规范和样管数据确认根据调试结果制定测试规范 制作样管并将测试数据发给客户确认 待客户确认规范和数据后才可正常量产 5 正常量产在handler上正常量产前先要校验样管数据 比对数据在误差范围内才可正常生产 在第一次正常测试时应密切关注测试良率和UPH 尽量在测试稳定的基础上将测试时间放到最短以提高测试效率 降压式DC DC变换器AP2406举例 概述 AP2406是一款高效率 1 5MHz固定工作频率 电流模式PWM单片式降压稳压器 可以提供输出电压可调品种和1 2V 1 8V等固定输出电压的品种 稳压器在无负载时的工作电流为300uA 当处于关断时 工作电流降到1uA以下 输入工作电压范围为2 5V至6 5V 非常适合于单节锂离子电池或两至四节干电池供电的电子产品 AP2406采用100 占空比的方式 实现了低压差工作模式 延长了便携式设备的电池寿命 在输出负载变低时 AP2406用脉冲跳跃模式工作 保证了低的输出纹波电压 有利于对噪声敏感的应用环境 1 5MHz的开关频率 使的外围的电感和电容可以微型化 AP2406内置功率开关管和同步整流开关 无需外接肖特基二极管 反馈端电压设置为0 6V 可使输出电压低至0 6V 微小的SOT23 5封装节省了印制板的面积 应用领域 手机和智能电话 GPS导航仪 无线或有线调制解调器 掌上电脑 各种媒体播放器 数码相机和数码摄像机 各种手持设备 主要特性 高效率 高达96 1 5MHz恒定开关频率 700mA输出电流 VIN 3 6V Vout 1 8V 内置功率开关管及同步整流开关 无需外部肖特基二极管 2 5V至6 5V输入电压范围 输出电压可低至0 6V 允许低压差操作 占空比可达100 低静态工作电流 300 A VIN 4 2V 电流模式实现优异的线性和负载瞬态响应 短路保护和过温保护 待机电流小于1 A 节约空间的5引脚SOT23封装 典型测试电路 AP2406的调试步骤 1 测试电路板的制作在 布线时 请注意几下几点 以保证器件能工作在最佳状态 地线 电源线和 脚走线应尽量加大 尽量短 少拐弯 因为主电流通路在这上面 走线太长或线太细 都会对整个电路的转换效率有影响 一般在PCB中间加铺两层地线来避免地线上的损耗 2 取样分压电阻的两端应分别接近输出电容的正极和器件的极地引脚 输入电容要靠近器件的 in脚 远离分压电阻的取样点 2 测试元器件的选择1 电感的选择对于大多数应用 1uH至4 7uH的电感已能满足应用之要求 电感的大小影响输出的纹波电流 采用感量大的电感 可以降低输出的纹波电流 而感量小的电感 则会导致较高的纹波电流 在电路中较高的Vin或Vout会使纹波电流增大 用于设定纹波电流的一个合理起点为 240mA 额定最大电流600mA的40 电感的额定DC电流至少等于最大负载电流和纹波电流的二分之一的总和 以防止磁芯饱和 因此 对于大多数应用来说 额定流有720mA 600mA 240mA 2 的电感应该是足够了 为了获得更高的效率 请使用低内阻的电感 2 电容的选择IC的内部是处于在个开关工作的状态 为防止大电压瞬变 输入电容应该选择低ESR的电容器 一般的应用是 电容的容量在4 7uF已足够 输出电容的作用是给输出电压滤波 对于大多数应用 10uF就能保持输出纹波很小 电压很稳定 输入电容和输出电容建议都采用X5R X7R电价质陶瓷贴片电容 它具有较低的成本 较小的体积 低的ESR 能获得非常低的纹波 3 测试程序的编写与调试