降压式开关电源设计要点课件.ppt

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1、降压式开关电源设计要点降压电路-典型例子(VIN=12V,VOUT=3.3V,IOUT=15A)C22200uF/25V(2pcs.)C12200uF/25V(2pcs.)R72.2RC121500uF/6.3V(2pcs.)L11.9uHU1SC110413245678COMP/SSDLGNDDHBSTPHASEVCCSENSEC1310uF/25V(2pcs.)VOUTC447nFQ2AOD412R10RR85.1RC84.7uFR62.2KC111500uF/6.3V(2pcs.)C51nFD

2、1D1N4148C141nR51KR102.2RR41kC91uFR31.5KC61nFC31uFVINC154.7uF/25VR92.2RD2D1N4148Q1AOD412C1010uF功率电路(粗线)信号电路(细线)降压电路-典型例子(VIN=3.3V,VOUT=1.2V,IOUT=1A)(A)线性电源(B)开关电源VIN=3.3V,VOUT=1.2V,IOUT=1APLOSS=(3.3-1.2)x1=2.1WEfficiency=1.2/3.3=36%VIN=3.3V,VOUT=1.2V,IO

3、UT=1APLOSS=(1-0.85)x3.3=0.5WEfficiency=85%1.降压式开关电路初步介绍-基本结构1.降压式开关电路初步介绍-工作原理1.降压式开关电路初步介绍-电感电流(A)当开关在“1”位置时，电感器(L)二端的电压为:从上式得到电感电流上升斜率:电感电流的纹波值为:(B)当开关在“2”位置时，电感器(L)二端的电压为:电感电流下降斜率为:电感电流的纹波值为：降压式(BUCK)开关电源输入与输出电压关系式:输出电压=输入电压X占空比由于占空比永远小于1,所以输出电压永远小于

4、输入电压1.降压式开关电路初步介绍-占空比定义:D占空比(0~1)D’1-DTs开关周期(uS)Fs开关频率(KHz)1.降压式开关电路初步介绍-功率器件电流波形波形中可总结这几点：电感电流(IL(t))平均值就是负载电流(IOUT)(2)电感电流(IL(t))会有一个交流部分(ΔIL(t))(3)电感交流电流会流入输出滤波电容(COUT)(4)电感电流的峰值(IL_PEAK)是IOUT+ΔIL/22.降压式电路-典型要求输入电压范围：VIN,VIN_MAX,VIN_MIN(12V)(2)输出电压：

5、VOUT(3.3V)(3)输出纹波电压（峰值至峰值）：ΔVOUT(50mV)(4)满载输出负载电流：IOUT(15A)(5)电源效率：η(90%)功率器件:滤波电感(L)输出滤波电容(COUT)输入滤波电容(CIN)功率场效应管(Q1,Q2)电感和纹波电流δ=20%~30%2.降压式电路-电感设计(1)VIN=12V，VOUT=3.3V，IOUT=15A，δ=33%，fS=300KHz，计算出来的电感值是1.6μH。电感峰值电流为17.5A2.降压式电路-电感设计(2)电感磁芯材料：对于频率高于35

6、0KHz高效率开关电源应用，应选用铁氧体，Kool-Mu等合金材料的磁芯。低成本Powder铁磁芯一般可在开关频率低于350KHz的电源中应用。但其磁芯损耗在350KHz时会比较大。(2)选择电感值：有时计算出来的电感值无法找到现货供应。这时设计者可以选择临近或稍大一点电感值的标准电感。图1电源选择了一个在额定输出电流下电感值为1.9μH标准电感。通常电感值会随温度和电流的变化而不同。一旦电感值确定，应该马上重新估计该电感的实际纹波电流。(3)电感饱和电流值：一般情况下，所选用的电感饱和电流的最小值

7、应为电感峰值电流的1.25-1.5倍。图1电源电感峰值电流为17.5A(15+15/6)，因此所选用的电感需有22-26A的饱和电流值。Pulse标准电感器PG0077.202参数2.降压式电路-电感设计(3)输出纹波电压(ΔVOUT)是ΔVCOUT，ΔVESR，ΔVESL这三项的矢量和ΔVCOUT是由电感纹波电流在COUT上所产生的纹波电压ΔVESR是在ESR上所产生的纹波电压ΔVESL是在ESL上所产生的纹波电压3.降压式电路-输出电容设计(1)铝质电容器(比如电解，固态OS-CON，PO

8、SCAP)都有较高的电容值和相对较低工作开关频率(<500KHz)。ESR对输出纹波电压有主要的影响。减小RESR是减小输出纹波电压的关键。输出电容所需的ESR值应为：一旦RESR确定，COUT应满足：铝电解电容器工作电压的额定值要高于1.5VOUT钽电容器工作电压的额定值要高于2VOUT3.降压式电路-输出电容设计(2)COUT能允许的纹波电流RMS值应高于：松下FK和WA表面贴电解电容器参数:假如输出纹波电压要被控制在50mV以下，那么:输出电容的ESR值应小