首页 > 应用 > 工业控制

DC-DC降压转换器设计技巧和窍门

George Biner 2019-08-08

基本DC-DC降压转换器电路
 
先回顾一下DC-DC降压转换器的电路:
 
DC-DC降压转换器设计技巧和窍门
 
降压转换器中的元件权衡
 
了解您所面临的设计权衡非常重要。为了帮助你,在降压设计中开发了一个“影响什么”的矩阵:
 
DC-DC降压转换器设计技巧和窍门
George Biner的“影响什么” 
 
主要的权衡是电感的选择(与k因子成反比,即峰峰值与平均电感电流之比)、输出电容和开关频率,以实现足够的纹波和瞬态响应。设计人员一定要利用稳压器IC制造商的设计工具来确定元件值和电路仿真。
 
了解电容器
 
确保电容器在工作频率下具有电容,并知道其自谐振频率的位置;陶瓷在宽频率范围内很好,但电容相对较低。通常,一种电容器类型不能覆盖整个频率范围,并且必须同时使用两种类型(例如陶瓷和电解电容器),陶瓷更靠近电路;电容器在施加的偏置电压下也会损失很多额定电容。

信任但验证:芯片和组件
 
在由第三方制造的带有微小、无标记组件的PCB上,你必须信任安装正确组件的板填充器。确保你的信任不会错位;如果你已将芯片发送到制造商进行故障分析,不要在等待结果时不活动。如今的芯片质量水平非常高,而且芯片对你的影响极小。该分析还需要一些时间。同时,你可能会发现真正的问题;如果你使用的是数字芯片,请确认你已更改的设置实际上已写入芯片,而不仅仅是写入GUI。
 
考虑测试和测量
 
如果没有使用示波器进行验证,请不要认为直流电压是稳定的;测量纹波的过程有很多而且执行它的适当设备很昂贵。虽然最好使用精美差分探头,但你可以使用单端探头,只需确保接地线非常短并且连接在V out旁边;使用1x探头(可以自己构建)。10x探头不具备你所需的灵敏度;高频尖峰通过电感的寄生电容耦合到输出。尽管这会降低效率,你可能需要降低MOSFET的导通速度,以减少底部MOSFET的振铃或dv/dt杂散开启。

分析输入电容
 
输入电容比输出电容了解得少,但可能需要满足输入噪声要求,并确保电路不受电流限制;输入电容具有较大的纹波电流,峰值占空比为50%,产生热量并缩短电容器的使用寿命。确保电流符合规格范围。当你添加更多并联Cin 时,存在一个基本的权衡,因为更低的ESR将导致更高的纹波电流和更多的加热。要真正降低输入纹波电流,可能需要一个串联电感;由于占空比较高,来自Cin电流消耗较高,从而导致Vin衰减越大。如果Vin已经很低,因为你接近Vin下限,在这些情况下可能需要添加Cin,则这一点会变得非常重要。
 
提前考虑PCB布局
 
了解电流路径的基础知识并最大限度地减少高电流环路。学校教授了很多关于正向电路路径的信息,但没有关于返回路径的信息,它们被显示为完美的地面符号!布局使得返回电流可以遵循其自然路径(最小化的环路);保持低功率路径电感。脉冲电流通过它们产生电压尖峰和辐射EMI。高功率通孔是可以的,但应了解它们的特性;了解电路节点的阻抗水平并相应地保护它们。例如,误差放大器的求和节点是高阻抗且对噪声敏感,将其隔离并使其变小;尊重模拟、数字和电源接地之间的分区,并提供自然的返回路径。星形接地避免了通过与敏感的低电平电路共用的接地路径运行大的脉冲电流。
 
了解(并尊重)你的极限
 
确保遵守高温下的热降额曲线,最大电流和功耗总是从开始值减少;确保引脚电压永远不会超出操作规范,包括引脚对地和引脚对引脚。例如,将一个引脚通电至接地规格,但违反其引脚至另一个引脚规格可能会烧坏芯片;注意控制器芯片的最小/最大可控开关时间,并确保操作时不要过于接近其极限。