<meta name="keywords" content="庄家克星时时彩,同步降压,稳压器" />

若何设计出高能效、高可靠性和高功率密度的同步降压稳压器

宣布时间:2017年06月19日 10:06    宣布者:eechina
要害词: 同步降压 , 稳压器
Fairchild供稿

同步降压稳压器是一种经常应用的电源 ,随着种种应用请求的赓续前进,行业愈来愈趋势于追求高能效、高可靠性、高功率密度的设计妄图。好比 应用于无线局域网的负载点(PoL)电源,输入电压愈来愈宽,使命频率、功率密度也愈来愈高,随着手艺的生长,以致可将所有电源系统集成在单个封装中。同步降压稳压器其电路结构自己异常质朴, 但工程师要完成高效可靠的同步降压稳压器的设计,照样有着许多的手艺寻衅,必须对稳压器电路的种种使命状态有着异常深刻、透辟的明确,同时还需完成年夜量的盘算使命。本文将简介快速设计出高效可靠的同步降压稳压器的手艺, 和安森美半导体的 Power Supply WebDesigner在线设计工具,幇助工程师处置赏罚赏罚所面临的手艺寻衅。

静态性能的设计

设计一个可靠的同步降压稳压器,首先必须知足其静态性能目的如负载照顾才干。而输入电感电容的选择会直接影响到稳压器的静态性能,以是同步降压稳压器的功率电路设计通常是从选择输入电感和电容泉源。

1、选择电感

从电路设计的角度,为完成快速瞬态照顾, 必须选择尽能够小的输入滤波电感和最小的输入电容。可是小的电感值会增添电感电流纹波,招致电感中有用电流值增添而使得导通消耗增年夜,同时所招致的峰值电流的增添,也会年夜年夜增添控制管的开关消耗。
应用年夜电感,可减小电感中的电流纹波,从而降低稳态输入电压纹波,所招致的低峰值电流也有助于降低MOSFET的开关消耗,但电感太年夜不只会招致相对较年夜的直流阻抗,发生较高的电感消耗,还会降低稳压器的负载照顾才干,从而降低稳压器的静态性能。

image001.jpg
为选择适当的电感,通常可假定电流纹波ΔILO为电感匀称电流的30%,然后凭证下面的公式直接盘算出合适的电感值。
     
2、选择电容

最小输入电容的选择必须推敲到两个因素:一是稳态下输入电压纹波的请求,二是当负载从满载到空载突变时所允许的最年夜输入过冲电压。

但输入电容也不是越年夜越好,太年夜的输入电容及电容自己的寄生勾通电阻会影响到稳压器的输入电路的性能和当负载突变时稳压器的瞬态照顾才干。

通常,输入电容应首选: 一,有较小等效勾通电阻(ESR)的电容, 以便降低交流消耗和输入纹波; 二, 有较小等效勾通电感(ESL)的电容, 以便在负载突变时榨取输入误差。

能效设计

作为控制管和同步整流开关, 功率MOSFET普遍用于降压稳压器中。它们消耗年夜部门的消耗功率,通常决议了稳压器的所有能效。

1、选择最好的MOSFET

针对不合的设计请求,好比是想要资源最低,照样想要消耗最低,又或是想要封装尽能够小等等,须要选择不合的MOSFET。
推敲到特殊电流通常与MOSFET资源成正比,有的工程师会凭证特殊电流的年夜小来选择MOSFET,欲望以此来控制产物资源;为最年夜限制地降低导通消耗,有的工程师则会选择具有最低RDS(ON)的MOSFET;尚有的凭证质量因数(FOM)= RDS(ON)xQg(TOT)来阻拦选择,欲望能平衡导通消耗和开关消耗……这些依附于参数的选择措施着实都有缺乏。应用特殊电流及电压的措施没有推敲详细的开关消耗;而最低RDS(ON)法,资源能够会佷高,且MOSFET寄生电容能够招致更低的能效; FOM轨则不克不及意料能效或资源。

是以,岂论是为了降低资源,前进能效,照样为了设计更紧凑的产物,必须完通盘算出电路消耗及使命温度,才干确保设计出的产物能使命在可靠的使命温度规模,到达最好的能效。

2、盘算MOSFET的消耗

在盘算消耗前,须要先明确MOSFET在同步降压稳压器中的使命机制。图1所示为简化的稳压器的功率电路原理图,其中Q1为控制管,Q2 为同步管。

image003.jpg
图1:简化的稳压器的功率电路原理图

同步降压稳压看主要有3种使命状态,其开关序次是A-B-C-B-A,如图2所示。

image005.jpg
图2:同步降压稳压器的开关序次

状态A:控制管导通,输入电流经由控制管、电感传送到输入端。
状态B:控制管和同步管同时关断,电感储能经由历程同步管的寄生二极管放电,传送到输入端。
状态C:同步管导通,电感储能经由历程同步管放电,传送到输入端。

MOSFET的功耗网罗控制管和同步管的导通消耗(PCOND)、控制管的开关消耗PSW、同步管的开关消耗、控制管和同步管的栅极驱动消耗PRgate。在140 kHz频率下导通消耗简直占总功耗的70%。随着频率降低,总功耗中徐徐以开关消耗(PSW)为主。

1). 控制管Q1的消耗盘算

Q1使命在硬开关条件下,在小占空比或高频(> MHz)时以开关消耗为主,开关性能受同步管Q2影响:快速di/dt可招致反向恢复消耗增添,快速dv/dt有能够惹起Q2误导通, 组成Q1、Q2直通情形,招致特此外消耗。另外,值得重视的是,由Q2体二极管招致的反向恢复消耗、 Q2输入电容招致的输入电容消耗主要耗散于控制管Q1上 [Ref. 1,2]。是以,在盘算Q1的开关消耗和温度时必须综合推敲到Q2的影响。另外,Q1的导通阻抗随结温上升而上升。结温越高,导通阻抗越高,导通消耗就越高, 使得结温进一步上升。是以,对Q1的导通消耗必须循环重复盘算,直到管子的温度盘算效果稳固上去。
关于高频应用(>MHz),控制管Q1的选用应针对降低开关消耗阻拦优化。Q1消耗的盘算公式以下:

image007.jpg
image009.jpg

Q1的导通消耗PCOND随输入电压(VIN)增添而降低,开关消耗PSW随VIN增添而增添,栅极驱动消耗PRgate与VIN有关。当VIN为最年夜或最小时,Q1的总消耗最年夜。

2). 同步管Q2的消耗盘算

Q2使命在零电压开关(ZVS)条件下,当Fsw<1.5 MHz时通常以导通消耗为主。在选择Q2时,建议选用:
  • 具有低FOM(低Rds_on x Qgs)的MOSFET,以降低Q2的总消耗
  • 低Qgd/Qgs 比率(<1)以防止快速dv/dt惹起 Q1、Q2的直通情形
  • 关于高频应用,选用集成肖特基体二极管的MOSFET,以降低反向恢复消耗和二极管导通消耗

Q2的消耗盘算公式以下:

image011.jpg

image013.jpg

Q2的导通消耗PCOND随VIN降低而增添,开关消耗PSW只是随着VIN降低而稍微增添。而Q2的寄生二极管导通消耗PDcond和栅极驱动消耗PRgate都与VIN有关。是以,当VIN为最年夜时,Q2消耗最年夜。

综上所述,当VIN为最年夜或最小时,Q1 + Q2总的消耗最年夜。阻拦盘算时,必须同时推敲Q1和Q2的相互影响。

设计示例

以下经由历程一个设计示例, 演示若何完成控制管Q1和同步管Q2的 优化选择。假定要设计一个输入为5 V、10 A的同步降压稳压器,其输入电压VIN=8---16V,使命频率FSW= 350kHz。推敲到20%的安然裕量及开要害点的电压振荡,可泉源选择特殊电压30 V以上、特殊电流IDCONT 特殊值≥ 10.3 A的MOSFET。然后,凭证详细的应用请求,一定MOSFET的封装请求。为简化演示,我们选择接纳5x6 mm PQFN (Power 56) 封装的器件。综合以上选择条件,安森美半导体的产物威望中有逾越150个器件供选择,我们需再进一步从中遴选出合适的Q1和Q2。异常为简化演示,我们将列出用于Q1和Q2的各12个器件。

关于Q2,VIN= VINMAX时消耗最年夜。图3所示的12个器件中,FDMS7656AS有最低的最年夜宵耗。但由于Q2 寄生参数会影响Q1的 开关消耗, 最小Q2 消耗通常着实不意味着最好的总能效。必须较量Q1及Q2的总功耗来找到最好的Q2以完成最高能效。

image015.jpg
图3:Q2的消耗较量

关于Q1,VIN= VINMAX或VINMIN时消耗最年夜。图4所示的12个器件中,FDMS8027S和FDMS8023S划分在VIN= VINMAX和VINMIN时有最低的最年夜宵耗的Q1。

image017.jpg
图4:Q1的消耗较量

为优化转换器能效,首先凭证VIN选择消耗最小的Q1,然后选择发生消耗最小的Q2。本例中, 岂论VIN最小或最年夜,最好的Q2是类似的,都为FDMS7658AS(但着实不总是云云,特殊是具有宽VIN规模或高FSW时)。

image019.jpg
图5:优化组合Q1和Q2

由于当VIN=VINMAX或VINMIN,Q1 + Q2总的消耗最年夜,我们需对总的消耗阻拦较量,选择最年夜宵耗最低的最好组合。如图6所示,选用FDMS8027S为Q1,FDMS7658AS为Q2时,Q1+Q2的最年夜宵耗最低。

image021.jpg
图6:Q1和Q2总的消耗较量

快速设计高效可靠的同步降压稳压器的工具:Power Supply WebDesigner

上述设计示例注解,在设计同步降压稳压器时,为选择最好的Q1和Q2需阻拦年夜量繁琐严重年夜的盘算。为赞助工程师快速完成高效可靠的设计,安森美半导体供应了强年夜的在线设计平台Power Supply WebDesigner ,加速FET优化。

image023.jpg
图7:Power Supply WebDesigner 在线设计平台

经由历程Power Supply WebDesigner里的SynchronousBuck功率回路消耗剖析工具Power Train Loss,工程师可轻松较量及格MOSFET器件的数据及性能,自动扫除逾越TJ 限制的器件,选择设计裕量和使命温度规模,选择单个或两重封装的MOSFET,凭证特殊电压、电流或封装遴选器件,添加并联器件和栅极阻尼电阻, 急速盘算出不合的Q1 + Q2 组合的消耗,。在完成选定Q1和Q2后,工程师可取得输入电压笵围和负载笵围内功率回路的种种消耗和能效曲线,并凭证种种曲线和功率回路能效汇总表针对不合的设计阻拦完全的剖析、较量 (图8]。最后,Power Supply WebDesigner可供应PNG名堂的电路原理图、Excel名堂的器件清单、完全的PDF设计申报,工程师可在线生涯,便于以后参考或修改。

Picture8.jpg
图8:SynchronousBuck功率回路消耗剖析工具应用

总结

为知足行业高能效、高可靠性和高功率密度的设计趋势,在阻拦同步降压稳压器的设计时,需从静态性能、能效设计等方面综合推敲。经由历程仔细调剂元器件值,能够相对容易地完成优化的静态性能,但处置赏罚赏罚和优化MOSFET功耗的手艺通常较为繁琐严重年夜。安森美半导体的Power Supply WebDesigner可赞助简化设计流程,加速MOSFET优化选择。

[1]:  Understanding Diode Reverse Recovery and its Effect on Switching Losses.  Fairchild Power Seminar 2007. Fairchild now is part of On Semiconductor
[2]:  AN6005 Synchronous buck MOSFET loss calculations with Excel model . Fairchild App Note. Fairchild now is part of On Semiconductor

迎接分享本文,转载请生涯出处:http://badahub.com/thread-452437-1-1.html     【打印本页】
您须要登录后才可以揭晓议论 登录 | 急速注册

厂商推荐

相关文章

相关视频演示

关于我们  -  服务条目  -  应用指南  -  站点舆图  -  友谊链接  -  联系我们
庄家克星时时彩-时时彩qq群-时时彩平台推荐 © 版权所有   | 京公网安备110108881021702
回顶部
幸运五张-幸运五张规则-掌联幸运五张安卓版 捕鱼达人3-捕鱼达人3无限金币免费版 北京pk10-北京pk10新凤凰-凤凰pk10预测 安徽福彩网-安徽福彩快3网上购买 888棋牌游戏-盛大娱乐棋牌平台-棋牌电玩城送彩金 助赢时时彩-韩国时时彩助赢-韩国时时彩助赢计划 亿酷棋牌-象棋棋牌-棋牌游戏娱乐下载 北京pk10开奖-pk10赛车群-pk10开奖首选网上手游 qq捕鱼大亨-千炮捕鱼-qq游戏捕鱼大亨 时时彩后二-时时彩后二技巧-时时彩后二计划 开心棋牌-娱乐棋牌送救济金-四方棋牌送救济金 11选5软件-快赢11选5软件-11选5玩法 波克棋牌-现金牛牛棋牌-亲朋棋牌游戏手游 亲朋棋牌-舟山99棋牌-唐朝电玩城棋牌 天逸时时彩-时时彩开奖结果-时时彩全天计划稳赢版