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DCDC降压和升压电路功率电感及滤波储能电容的选择 [复制链接]

本帖最后由 qwqwqw2088 于 2021-11-24 08:26 编辑

一、降压电路/Buck:
 

1.1 功率电感

 

对于大多数应用,建议使用1µH至10µH的电感器,其直流电流额定值至少比最大负载电流高25%。 为了获得更高的效率,请选择一个直流电阻较低的电感器。 电感值越大,纹波电流越小,输出纹波电压越低,但物理尺寸越大,串联电阻越大,饱和电流越小。 确定电感器值的一个好的规则是允许电感器纹波电流约为最大负载电流的30%。 然后可以用公式计算电感值:

 

  1728837-20201015172406213-990366276.png

其中∆IL是电感的峰峰值纹波电流

 

选择电感器纹波电流约为最大负载电流的30%。 最大电感峰值电流可以用公式计算:

 

1728837-20201015172530550-1384465461.png

 

 即

1728837-20201015172846017-1025339831.png

 

1.2 滤波电容

 

输入电容器可以是电解电容,钽电容或陶瓷电容。使用低ESR的电容。

 当使用电解电容器时,应在靠近IN的地方放置两个额外的优质陶瓷电容器。 用公式(9)估算由电容引起的输入电压纹波:

1728837-20201102090039317-381534933.png  

输出电容可以用下面公式(10)计算输出纹波

1728837-20201102090235809-302541999.png

 

 其中L1为电感值,RESR为输出电容器的等效串联电阻(ESR)值。

 

陶瓷电容器的情况下,开关频率下的阻抗由电容决定。 输出电压纹波主要由电容引起。 为了简化,可以通过以下方式估算输出电压纹波:

1728837-20201102090512401-1037390807.png

对于电解电容器,ESR决定了开关频率下的阻抗。 为简化起见,可使用下面公式估算输出纹波:

1728837-20201102090408041-641767363.png

 

 1.3 续流二极管
 

当高端开关断开时,输出整流二极管将电流提供给电感器。 为了减少由于二极管正向电压和恢复时间而造成的损耗,请使用肖特基二极管。 选择一个二极管,其最大反向电压额定值大于最大输入电压,并且其电流额定值大于最大负载电流

备注:部分DCDC内部集成了续流二极管,不需要在外部单独添加

 

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二、升压电路/Boost:
2.1 功率电感

 

1728837-20201015174743550-985696946.png

 

 通常,建议使用最大电流小于电感平均电流40%的电感峰峰值电流工作。 较大值的电感器产生的较小纹波可减少电感器和EMI中的磁滞损耗,但以相同的方式,会增加负载瞬态响应时间。 所选电感器的饱和电流必须高于计算出的峰值电流

 

2.2 电容

输入电容同Buck模式

输出电容:在升压模式下,输出电流是不连续的,因此COUT必须能够减小输出电压纹波。 可能需要较高的电容值才能降低输出纹波和瞬态响应。 推荐使用低ESR的电容器,例如X5R或X7R陶瓷电容器。 如果使用陶瓷电容器,则电容将在开关频率下主导阻抗,因此输出电压纹波与ESR无关。 输出电压纹波可通过公式估算:

1728837-20201102091730744-542373124.png

 

 其中VRIPPLE是输出纹波电压,而COUT是输出电容器的电容。

如果使用混合,聚合物或低ESR的电解电容器,则ESR会在开关频率下主导阻抗。 使用公式(14)估算输出纹波:

1728837-20201102091904959-2029280935.png


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本帖最后由 qwqwqw2088 于 2021-11-24 08:25 编辑

2.3 外置MOS

 

 

选择参数考虑点:

 

 

 

 

1.最大漏极至源极电压(VDS(MAX))SWA和SWB需要承受最大输入电压和开关期间SW1处的瞬态尖峰。 因此,建议在输入电压的1.5倍时为SWA和SWB选择VDS(MAX)。 SWC和SWD在切换期间会看到SW2处的输出电压和瞬态尖峰。 因此,建议SWC和SWD≥1.5倍输出电压。

2.最大电流(ID(MAX))

3. VTH:MPQ4214的驱动器电压由VCC提供。 MOSFET的栅极平稳电压应小于转换器的最小VCC电压,否则MOSFET在启动或过载条件下可能无法完全增强。

4.导通电阻(RDS(ON))

5.总栅极电荷(QG)对于MPQ4214,所有开关(QG)均应小于50nC(在7.2V栅极条件下)。 如果有两个并联的MOSFET,则每个MOSFET QG必须小于25nC。

 

 

 

 

1728837-20201102092636525-791864212.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.31 SWA

 

 

 

 

当在升压模式下工作时,SWA始终打开。 它的传导功率损耗可以用公式(15)计算:

 

 

 

 

  1728837-20201102092650267-505141562.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 假设MOSFET结至环境的热阻为50°C / W(这取决于电路板的功耗),并且最大接受温度升高为50°C。 因此,最大功率损耗为1W,可通过公式(16)计算得出

 

 

 

 

1728837-20201102092758721-152229248.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 根据上面两个公式,可以计算出Ron的值

 

 

 

 

当在降压模式下工作时,可以分别通过公式(17)和公式(18)计算SWA的导通和开关损耗

 

 

 

 

1728837-20201102093049735-157474565.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.32 SWB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SWB工作在Buck模式下,功率损耗为:

 

 

 

 

1728837-20201102093310834-260827740.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3 SWC

 

 

 

 

SWB工作在Boost模式下,导通和开关损耗为:

 

 

 

 

1728837-20201102093508038-568955578.png

 

 

 

 

1728837-20201102093526847-1234650249.png

 

 

 

 

2.3.4SWD

 

 

 

 

 

 

 

 

1728837-20201102093650652-1044190833.png

 

 

 

 

 

 

注:以上计算方式参考自MPS原厂芯片手册计算公式

 

 


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五彩晶圆(中级)

作为电源滤波,电容的纹波电流影响功能电路的损耗和可靠性,比纹波电压更为重要。

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纯净的硅(初级)

部分可以参考

作为估算还是可以的

有些公式有错误,比如开关管的导通损耗,电流是按照输入输出功率相等的方式计算出来的,值得商榷

公式22肯定有问题,因为BUCK模式SWD是关断的,没有损耗

 

 


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