DCDC电源芯片外围器件选型
一般是从芯片内部误差放大器的输出引出来,外部一般都需要加一个补偿电容.因为内部运放的反向输入端和补偿输出端之间需要接阻抗,结成负反馈形式,这个阻抗可以是C,也可以是RC,以及其它。Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin) 电感在上MOS打开过程中两端电压△V≈Vin-Vout=L △I/ △t△t =1/f*Vout/Vin 即 Vin-Vout=f*L*△I * Vin /
目录
1.电源芯片输入、输出电容
1.1三大常用电容:
1.陶瓷电容:高频特性好,贵,未来会便宜; 2.钽电容:高频特性好,耐压差,稀有金 属,非未来趋势; 3.电解电容:高频特性差,耐压高,廉价;
Capacitor Type | ESR | ESL |
10uF/10V Ceramic | 4 mΩ | 1.25nH |
100uF/10V Tantalum | 46 mΩ | 3nH |
470uF/10V Electrolytic | 100 mΩ | 15nH |
Package | Typical ESL (nH) |
陶瓷电容 | |
0603 | 0.8 |
0805 | 1.0 |
1206 | 1.2 |
1210 | 1.0 |
钽电容 | |
0805 | 1.6 |
1206 | 2.2 |
1411 | 2.3 |
2412 | 2.8 |
电解电容 | |
SMT | 6.8 |
Thru-hole | >10 |
1.2 输入、输出电容实际模型
Resonant Frequency:
Capacitor Impedance below f0 :
Capacitor Impedance above f0:
Capacitor Impedance at f0:
1.3 陶瓷电容材质的影响
陶瓷电容的材质可能会导致低温启动问题!
1.4自举电容的作用:
自举电容,内部高端MOS需要得到高出电源芯片的VCC的电压,通过自举电路升压得到,比电源芯片VCC高的电压,否则,高端MOS无法驱动。
自举是指通过开关电源MOS管和电容组成的升压电路,通过电源对电容充电致其电压高于VCC。最简单的自举电路由一个电容构成,为了防止升高后的电压回灌到原始的输入电压,会加一个Diode.自举的好处在于利用电容两端电压不能突变的特性来升高电压。
以下图MPS型号电源芯片为例:
根据电容上电压不能突变的原理,BS最高可以获得多少电压?
BS什么时候给C5充电?C5何时放电?C5上的电会不会耗尽?
请思考一下再往下看!!!
在上端MOS未导通时BS给电容充电,在上端MOS导通,MOS管源级电压升高后,自动将Gate极电压升高,便可使MOS保持继续导通。自举电容在MOS管下管导通时,BS对自举电容充电;在上管导通时,自举电容放电.
2.电源芯片电感选取基本标准
电感量(有偏差,随着温度变化而变化) 2.饱和电流,非标称的连续电流值,而是最大电流值!一般选取负载连续电流的120%-140%以上
2.1电感分类
无屏蔽电感 | 带磁屏蔽罩 | Coating Resin | 一体成型 | |
外形 | | | | |
优点 | 便宜 | 屏蔽效果较好 | 成本比带屏蔽罩的便宜,屏蔽效果好 | 同体积下,电流参数大;温度曲线好,屏蔽效果好 |
缺点 | 屏蔽效果差 线圈匝数多,阻抗大 | 成本稍高,体积大 | 贵 |
2.2 电感参数
英文标识 | 中文标识 | 定义 | 单位 |
Inductance | 电感值 | 在100KHZ频率下所电感的感值 | uH |
DCR | 直流阻抗 | mΩ | |
Isat | 饱和电流 | 电感下降30%时的电流值 | A |
Irms | 温升电流 | 温升增加40℃时的电流值 | A |
电感过小——输出纹波大 电感过大——动态响应不好, 电感太大,太小可能会改变DCDC的工作模式 电感饱和后,电流会急剧增加,使电感温度升高,同时会影响其它元件的寿命
感值高 – 纹波电流小 纹波电流是决定磁芯损耗的要素. 减少功率电感损耗的重要参数不仅包括开关频率,还包括纹波电流。
2.3 电感温度相关参数
2.4 电感参数计算选型
(1)确认输出电流
(2)确认电感值: Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin) ,一般来说 △I取20%-30%的Iout
(3)根据Lmin选取L
(4)通过上面的公式计算△I,Imax , Imax=Iout+1/2 △I
(5)确认电感的饱和电流要大于Imax , 温升电流要大于Iout
Lmin=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin) 电感在上MOS打开过程中两端电压 △V≈Vin-Vout =L △I/ △t △t =1/f * Vout/Vin 即 Vin-Vout= f*L*△I * Vin /Vout So!!! L=(Vin-Vout)*Vout/(△I*f*Vin)
Current limit,这个是流过电感上最大限定电流,输出电流持续加大,加大到一定程度时候,电感电流已经无法再继续加大.
相同封装尺寸下的电感直流电阻值 (1) 感值越高 – 直流电阻越大 (2)感值越低 – 直流电阻越小 (3)感值相同,采取了屏蔽措施的电感- 直流电阻小 直流电阻是决定导线热损的关键因素,也是减小功率电感功耗的另一个要素。
3.反馈电阻的选择
4.COMP补偿
COMP:COMPENSATION缩写,补偿 为何要补偿?
(COMP)为误差放大器补偿脚。该脚与误差放大器反相输入端(VFB)之间应接入RC补偿网络,以改善误差放大器的性能。
一般是从芯片内部误差放大器的输出引出来,外部一般都需要加一个补偿电容.因为内部运放的反向输入端和补偿输出端之间需要接阻抗,结成负反馈形式,这个阻抗可以是C,也可以是RC,以及其它。如果是C,就是积分调节。如果是RC,就是比例积分调节。如果是其它,就是其它调节。主要作用是环路的稳定性,在频域范围内满足控制理论稳定性的要求,这样才能使电源稳定性好。在各种情况下都能稳定输出而不出现异常。
本质: Vo变化引起Vfb变化; ---Vfb变化引起Io变化; -------Io变化引起Vcomp变化; 所以,当R2、R3固定后,调节COMP会有啥疗效?
5.肖特基二极管
又叫,续流二极管: 续流,继续维持电感电流
压降一般情况下较大,损耗较高; 后被MOS替代,以获得更高效率。
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