開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)需考慮因素
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2022-09-09 16:22:56
開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)至少要考慮以下條件:
輸入 / 輸出電壓:按照器件的推薦工作電壓范圍選用,考慮實(shí)際電壓的波動(dòng)范圍,確保不超出器件規(guī)格。
輸出電流:輸出電流要保留一定的余量,還需要評(píng)估電路的瞬間峰值電流和發(fā)熱的情況,并滿足降額要求。
紋波:紋波是衡量電路的輸出電壓波動(dòng)的重要參數(shù),要關(guān)注輕載和重載紋波。通常選用示波器 20 M 帶寬來(lái)測(cè)試。
效率:要同時(shí)關(guān)注輕載和重載兩種情況。輕載會(huì)影響待機(jī)功率,重載影響溫升。通???12 V 輸入,5 V 輸出下 10 mA 的效率,一般需要達(dá)到 80% 以上。
瞬態(tài)響應(yīng):瞬態(tài)響應(yīng)特性反應(yīng)負(fù)載劇烈變化時(shí),系統(tǒng)是否能及時(shí)調(diào)整以保證輸出電壓的穩(wěn)定。要求輸出電壓波動(dòng)越小越好,一般按峰峰值 10 % 以下要求。
開(kāi)關(guān)頻率:通常在 500 kHz 以上,關(guān)系到電感電容的選用,其它如 EMC,輕載下噪音等問(wèn)題也與之有關(guān)。
反饋參考電壓及精度:反饋電壓要與內(nèi)部的參考電壓相比較,配合外部的反饋分壓電阻,輸出不同電壓。不同產(chǎn)品的參考電壓會(huì)有不同,如 0.6-0.8 V,反饋電阻要選用 1% 精度。
線性穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度:線性穩(wěn)定度反映輸入電壓變化輸出電壓穩(wěn)定性;負(fù)載穩(wěn)定度反映輸出負(fù)載變化輸出電壓穩(wěn)定性。一般要求 1%,不要超 3%。
EN 電平:EN 高低電平要滿足器件規(guī)格要求,有些 IC 不能超出特定電壓范圍。由于時(shí)序控制的需要,該引腳會(huì)增加電容,為了電平調(diào)節(jié)和關(guān)斷放電,同時(shí)要有對(duì)地電阻。
保護(hù)性能:要有過(guò)流保護(hù) OCP,過(guò)熱保護(hù) OTP 等,并且保護(hù)后條件消失能自恢復(fù)。
其它:項(xiàng)目要求有軟啟動(dòng);熱阻和封裝;使用溫度范圍要能覆蓋高低溫等。
選用原則:普遍性、高性價(jià)比、易采購(gòu)、生命周期長(zhǎng)、兼容和可替代、降額、易生產(chǎn)和歸一化。
調(diào)制方式
PFM(脈沖頻率調(diào)制方式)
開(kāi)關(guān)脈沖寬度不變,通過(guò)改變脈沖輸出頻率,使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。適合長(zhǎng)時(shí)間使用(尤其是小負(fù)載),具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。
PWM(脈沖寬度調(diào)制方式)
開(kāi)關(guān)脈沖的頻率不變,通過(guò)改變脈沖寬度,使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。效率高且具有較低的紋波和噪聲。
功率電感底部是否可以鋪地銅
從 EMI 的角度,建議鋪銅;從電感感量的角度,對(duì)于屏蔽型電感,電感感量基本沒(méi)有影響,因此也建議鋪銅;對(duì)于工字型電感,鋪銅對(duì)電感感量有少許影響,可以視情況而定。
實(shí)驗(yàn)判斷電感是否飽和
外圍器件選擇的要求
輸入 / 輸出電容:需要滿足耐壓(1.5-2 倍以上輸入電壓)和輸入紋波的要求。
BST 電容:自舉啟動(dòng)電容,用于抬高電壓開(kāi)啟芯片內(nèi)上管。一半按照數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦值(一般 0.1-1uF),耐壓一般要高于輸入電壓。
電感:不同輸出電壓的要求感量不同;注意溫升和飽和電流要滿足余量要求,一般電流的 1.3 倍以上(或電感飽和電流必須大于輸出電流+ 0.5*電感紋波電流)。
反饋電容:按數(shù)據(jù)手冊(cè)要求取值,不同廠家芯片取值不同,輸出電壓不同也會(huì)有不同的要求。
反饋電阻和 EN 分壓電阻:要求按規(guī)格書取值,精度需選取 1%。
開(kāi)關(guān)電源紋波分析
PCB Layout 要求
電感:優(yōu)先選擇一體成型的電感,因?yàn)樗鼈冇休^低的 EMI。
反饋網(wǎng)絡(luò):反饋?zhàn)呔€需要盡可能離電感和電源噪聲走線遠(yuǎn)。在滿足個(gè)條件下,可以盡量讓走線短而粗。是走線在與電感相對(duì)的 PCB 的另一側(cè),并在中間用地平面隔開(kāi)。下分壓電阻通常接信號(hào)地 AGND 反饋?zhàn)呔€可以包地。
去耦電容:輸入去耦陶瓷小電容應(yīng)該盡量靠近芯片的 V_INVIN 和 GND,減少寄生電感;電容負(fù)極可增加過(guò)孔,減少阻抗。一般還需要前饋電解大電容,電源輸入先過(guò)大電容再過(guò)小電容。
功率回路盡可能的短粗,保持較小的環(huán)路面積,較少噪聲輻射。電感靠近 SW 引腳,遠(yuǎn)離反饋線。輸出電容靠近電感,地端增加地過(guò)孔。
BST 的電容走線盡量短,不要太細(xì)。
芯片散熱要按設(shè)計(jì)要求,盡量在底下增加過(guò)孔散熱。
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