目录
1. 输入电压范围(Input Voltage Range)
14. 输入输出电容(Input/Output Capacitors)
外国:TI、MPS、ADI
中国:芯龙、南芯、圣邦威等
一、IC数据手册
最重要的是VI、VO、IO、FSW、EN、VFB。
Buck转换器芯片,作为一种常见的DC-DC降压电源转换器,其主要作用是将较高的输入电压转换为较低的输出电压。选择适合的Buck芯片时,需要关注多个关键参数,以下是一些重要的参数及其解释:
1. 输入电压范围(Input Voltage Range)
- 定义:Buck转换器能够接受的输入电压的范围。
- 重要性:确保输入电压在所选芯片的工作范围内,否则会导致芯片无法正常工作,甚至损坏。
- 常见范围:如3V-60V,具体范围取决于不同的芯片设计。
2. 输出电压(Output Voltage)
- 定义:Buck转换器输出的电压值。
- 重要性:输出电压应符合应用的电压需求。很多Buck转换器的输出电压是可调的,可以通过外接电阻分压来设置,或者是固定的。
- 常见输出电压:5V、12V、3.3V等,也有可调输出(如0.8V到15V)。
3. 输出电流(Output Current)
- 定义:Buck转换器能够提供的最大输出电流。
- 重要性:输出电流决定了转换器能支持的负载大小。选择时要确保输出电流能够满足负载的需求。
- 常见输出电流:如1A、2A、5A、10A等,高功率应用中可能需要大功率Buck芯片。
4. 开关频率(Switching Frequency)
- 定义:转换器内部开关的工作频率。
- 重要性:开关频率影响到转换器的尺寸、效率和噪声。在较高频率下,转换器体积可以较小,但开关损耗会增加。选择合适的频率平衡效率和尺寸要求。
- 常见频率:如100kHz、500kHz、1MHz、2MHz等。
5. 效率(Efficiency)
- 定义:输入功率与输出功率的比值,表示电源的能量转化效率。
- 重要性:效率越高,意味着转换过程中损耗越少,热量产生也越少,尤其对于高功率应用,效率是选择Buck芯片的重要标准。
- 典型效率:90%以上,部分高效Buck转换器可达到95%以上的效率。
6. 电流模式控制与电压模式控制
- 电流模式控制:该模式下,Buck转换器通过监测开关管的电流来进行控制,相比电压模式控制,它能够提供更快的响应时间,特别适合高频、快速变化负载的场合。
- 电压模式控制:电压模式控制通过反馈环路控制输出电压,响应速度较慢,但设计简单、成本较低,适合负载较为稳定的应用。
7. 输出纹波(Output Ripple)
- 定义:在DC输出电压上叠加的AC纹波(高频噪声)。
- 重要性:纹波过大会影响到后续电路的稳定性或导致设备工作不正常。低纹波对于敏感设备(如模拟电路、射频电路等)非常重要。
- 典型值:一般要求纹波在几十毫伏至几百毫伏之间。
8. 软启动(Soft-Start)
- 定义:在开机时,通过控制输入电流的方式,使输出电压缓慢升高,从而防止在电源开启时产生大电流冲击。
- 重要性:减少开机时电流的瞬时冲击,保护电路,特别是在负载较重时。
- 特点:软启动可以减少元件的应力,避免由于电流过大而导致系统不稳定。
9. 过载保护(Overload Protection)
- 定义:当输出电流超过预定值时,Buck芯片会进入保护模式,以防损坏。
- 重要性:过载保护是保障电源安全的一项重要功能,特别是在负载电流可能波动较大的场合。
- 常见方式:常见的保护方式包括电流限制、热关断(热保护)和过电压保护等。
10. 过热保护(Thermal Shutdown)
- 定义:当芯片温度超过安全工作温度时,系统会自动关断输出。
- 重要性:防止芯片因过热损坏,提高系统的可靠性。
- 典型温度范围:通常在150°C左右。
11. 占空比(Duty Cycle)
- 定义:开关周期中开关导通的时间占总周期的比例,通常以百分比表示。
- 重要性:通过调节占空比,控制输出电压。占空比和输入、输出电压之间存在一定关系,通常输出电压是输入电压和占空比的函数。
12. 封装类型(Package Type)
- 定义:芯片的物理封装方式,如DIP、SMD、QFN、SOIC等。
- 重要性:封装类型影响到芯片的散热、安装方式以及体积选择,通常对于高功率应用,需要选择合适的封装以提供更好的散热效果。
13. 反馈电阻网络(Feedback Network)
- 定义:Buck转换器通过反馈回路来调节输出电压,外部的反馈电阻网络可以设置输出电压的具体值。
- 重要性:准确的电压反馈和调节对于输出电压的稳定性至关重要。
14. 输入输出电容(Input/Output Capacitors)
- 定义:Buck转换器输入和输出端通常需要外接电容来进行滤波和稳定电压。
- 重要性:电容选择影响到输出电压的稳定性和纹波。合适的输入电容能够平滑输入电压波动,输出电容能够降低输出的纹波。
15. 开关管类型(MOSFET or BJT)
- 定义:Buck转换器中采用的开关元件,可以是 MOSFET 或 BJT。
- 重要性:MOSFET 通常效率较高,工作频率也更高,而 BJT 更适合低成本、低频率的应用。
16. 各类测试图
二、Buck设计工具
1、电路设计
TI和MPS做的都还可以,官网每个电源界面地下都可以进行设计,例如图,一般12V转5V的电路,直接打开设计。
可以看到基本上已经帮我们设计好了,而且都是常用的数值,例如3.24K用3.3K代替等。但是理论的计算我们还是要会的。
甚至除了原理图外,还有PCB推荐布局。
2、芯片选型
类似TI官网都会有选型,很好操作。
三、降低EMI的方法
在PCB Layout阶段,减少高di/dt的回路面积从而降低辐射EMI,使用磁珠、电容滤波降低传导EMI。
芯片选型时注意如下:
- 采用晶圆倒装工艺的BUCK芯片,如LMR34215;
- Ci集成在芯片内部的;
实际布局布线注意如下:
- Ci越靠近Vin和GND越好,输入一大一小,输出一大一小;
- 与FB相连的两个电阻约靠近FB引脚越好,FB覆盖面积越小,走线细而短;
- SW覆盖面积越小越好;
- 小信号GND连接在一起(FB COMP SS),然后再与PGND单点连接,或过孔连接背面;
- 电感采用一体式成型屏蔽电感;
- 采用MLCC X7R、钽电容、固态电容、高频电解电容、电解电容;
- 背面走线越少越好,最好全部敷铜GND
- 电感引脚间距最好大点,非一体电感最好挖空GND,让敏感电路回路远离电感,例如Vout到FB,避开电感、二极管,且不能与电感平行;
- 采用4-6层板;
- 参考厂家提供。