电源硬件设计 |
您所在的位置:网站首页 › 降压变换器电路图纸 › 电源硬件设计 |
1 降压(Buck)变换器的基本工作原理
1.1 降压(Buck)变换器实例
LMR33630同步降压转换器特性: 输入电压范围:3.8V 至 36V输出电压范围:1V 至 24V输出电流:3A峰值效率高于95%典型应用电路如图所示:
TPS5450异步降压转换器特性: 输入电压范围:5.5V 至 36V输出电流:5A(连续),6A(峰值)典型应用电路如图所示:
降压直流开关变换器组成: 功率半导体输入输出滤波电容滤波电感通过变化器内部电路的工作,把高输入电压转换为低输出电压,如图所示: 降压(Buck)变换器拓扑如图所示: 异步降压变换器: Q2为肖特基二极管 二极管在大电流负载时,压降比较大效率不高同步降压变换器: Q2为MOS管 MOS管在大电流负载时,压降比较小效率高需要芯片额外的控制线路开关Q1闭合,开关Q2断开时,电感储能增加,如图所示: 开关Q1断开,开关Q2闭合时,电感储能减少,电感对外放出能量,如图所示: 开关Q1是主开关,开关Q2是整流开关,Q2可以用单向导电的二极管代替。当Q2是个二极管,二极管的单向导电特性自动防止了电流的倒流 1.4 降压(Buck)变换器输入输出关系Q1开关闭合,Q2开关断开,电感两端电压为Vin-Vo,电感电流从Ivalley开始上升到Ipeak Q1开关断开,Q2开关闭合,电感两端电压为-Vo,电感电流从Ipeak开始下降到Ivalley 输入输出关系波形图如图所示: 输入输出电压关系和输出电压纹波计算公式如下: 电感纹波电流计算: 计算电感感值,通常电感纹波电流为: 电感感值计算: 电感必须能承受峰值电流和RMS电流: 常用电感的种类和特性: 蔽磁露:工字型磁芯绕漆包线,外面封锰锌类罩子;高频特性好,屏蔽性好,饱和特性差,价格偏高磁封胶:工字型磁芯绕漆包线,外面封胶;高频特性好,饱和特性差,价格便宜一体成型:碳基合粉压制而成;饱和特性好,不太适合高频场合电感选取还需要注意:饱和电流;温升电流;电感DCR TPS5450数据手册中电感选择,如图所示: 输出电压纹波满足要求: 在一个周期内电容充放电形成的电压纹波,计算如下:电容的种类和特性: 电解电容:容值大,耐压值高,ESR大固态电容:容值大,稳定性比电解电容好钽电容:寿命长,精度高陶瓷电容:非常普及,价格低廉,ESR小,容值和耐压低电容选取注意事项:温度等级(X5R,X7R等),额定电压(10V,16V,25V等),直流电压特性 TPS5450数据手册中输出电容选择,如图所示: 输入纹波:上管开通时,输入电容供能,输入电压降低,上管关断时,前级给输出电容充电,输入电压升高。电压纹波计算如下: 可选择高频滤波电容,PCB布局时,电容尽量靠近芯片输入引脚 TPS5450数据手册中输入电容选择,如图所示: FB的输入电流IFB,反馈电压Vref,可计算上下分压电阻之和: 上下分压电阻如图所示: 通常先确定下分压电阻RFBB,再计算上分压电阻,计算如下: TPS5450数据手册中反馈电阻选择,如图所示: 降压变换器的功率管的S(源)极浮地的,因此需要有浮地的驱动线路来驱动功率管。自举电容连接在Boot和SW两端,给驱动供电。TPS5450自举电容如图所示: 自举电容的电容容量需要远大于内部开关管的Ciss,电容上的纹波通常小于10%的直流电压 2.5 开关节点SW的波形上下管交替开通,SW的波形为方波 方波的上升沿通常有过冲 上管快速开启带来电流的变化 SW节点的寄生电感 Q2二极管的反向恢复电流 过冲的危害: 恶化EMI性能可能超过芯片耐压,从而导致损坏 3 降压(Buck)变换器特点 3.1 调频模式和脉宽调制模式脉宽调制模式变换器: 脉宽调制模式(PWM=Pulse Width Modulation)强制脉宽调制模式(FPWM=Force Pulse Width Modulation)变换器架构:内部振荡器频率固定驱动信号:固定频率,变化占空比来调节输出电压调频模式变换器: 调频模式(PFM=Pulse Frequency Modulation)内部振荡器频率可变固定导通时间或者固定关断时间 3.2 最小/大占空比降压(Buck)变换器的最大和最小占空比: 占空比的范围在0-1之间,实际变换器通常有最小导通时间(ton_min)和最小关断时间(toff_min)。固定频率(Tsw)的变换器,其最小和最大占空比由其最小导通时间和最小关断时间决定:Dmin=ton_min/Tsw;Dmax=(Tsw-toff_min)/Tsw对于DC-DC降压变换器,输入电压必须满足:Vout/Dmax |
CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3 |