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高效率开关电源设计实例

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高效率开关电源设计实例

高效率开关电源设计实例高效率开关电源设计实例 以下设计实例中,包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。 有源钳位和元损吸取电 路的设计要紧依靠体会来完成的,因此不在那个地点介绍。 采纳新技术时必须小心,因为专门多是有专利的,可能需要直截了当付专利费给专利持 有人,或在购买每一片操纵 IC 芯片时,支付附加费用。在将这些电源引入生产前,请 注意那个问题。 10W10W 同步整流同步整流 BuckBuck 变换器变换器 应用应用 此设计实例是 PWM 设计实例 1 的再设计,它包括了如何设计同步整流器板载的板载的10W10W 降压降压BuckBuck变换器变换器。 在设计同步整流开关电源时, 必须认真选择操纵 IC。为了效率最高和体积最小, 一样同 步操纵器在系统性能上各有千秋, 使得操纵器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。 专门多运行性能的微妙之处不能确定,除非认真读过数据手册。例如,每当作者试图设 计一个同步整流变换器,并试图使用现成买来的IC 芯片时,3/4 设计会被丢弃。这是 因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说,当发觉现成方案不能满足需 求时,是令人沮丧的见图 20 的电路图。 设计指标设计指标 输入电压范畴 DC10~14V 输出电压 DC5.0V 额定输出电流 2.0A 过电流限制 3.0A 输出纹波电压 30mV峰峰值 输出调整 1% 最大工作温度 40℃ “黑箱”预估值“黑箱”预估值 输出功率 5.0V*2A10.0W最大 输入功率 Pout/估量效率10.0W/0.9011.1W 功率开关损耗 11.1W-10W * 0.50.5W 续流二极管损耗 1l.lW-10W*0.50.5W 输入平均电流输入平均电流 低输入电压时 11.1W/10V1.1lA 高输入电压时 11.1W/14V0.8A 估量峰值电流 1.4Ioutrated1.42.0A2.8A 设计工作频率为 300kHz。 电感设计参见正激式滤波扼流圈的设计正激式滤波扼流圈的设计 最恶劣的工作情形是在高输入电压时。 Vinmax可能的最大输入电压。 Vout输出电压。 Ioutmin最小负载时的电流。 fsw 工作频率。 式中 电感是个环形表面封装元件,市场上有多种标准表面封装的电感,那个地点选择的是 Coileraft 公司的 D03340P-33333μH。 功率开关和同步整流器功率开关和同步整流器 MOSFETMOSFET 的选择的选择 功率开关功率开关功率开关要用一个变压器耦合的N 沟道功率 MOSFET。那个地点打算使用一 个 S0-8 封装的双 N 沟道 MOSFET,以节约 PCB 空间。最大输入电压是 DCl4V。因此,能 够选用 V DSS 不低于 DC30V、峰值电流是 2.8A 的 MOSFET。 选择过程的第一步是确定所用 MOSFET 的最大 R DS(on), 通过热模型能够确定那个值, 最大 的 R DSon可由下式得到同时期望器件的耗散功率小于1W,因此估量的 RDSon应小于因此 选 FDS6912A 双 N 沟道 MOSFET,它是 S0-8 封装,10V 栅极电压时的导通电阻为 28mΩ。 同步二极管同步二极管要用一个大约是同步 MOSFET 连续额定容量的 30%的肖特基二极管与 MOSFET 内部二极管并联,30V 时约为 0.66A。那个地点使用MBRSl30,该二极管在流过 0.66A 时有 0.35V 的正向压降。 可替换的元件可替换的元件 在写本书时, 仙童半导体公司出品了一个集成的肖特基二极管和MOSFET, 肖特基二极管直截了当并在 MOSFET 的硅片上syncFET。SyncFET 有一个 40mΩN 沟道 MOSFET,与一个 28mΩSyncFET 一起封装,型号为 FDS6982S。 输出电容输出电容参见输出级的设计输出级的设计 输出电容值由下列公式确定 输入和输出滤波电容要紧考虑的是流入电容的纹波电流。 在那个实例中, 纹波电流和电感交 流电流是相同的,电感电流最大值限定在2.8A,纹波电流峰峰值为 1.8A,有效值大约 为 O.6A约为峰峰值的 1/3。 采纳表面安装钽电容,因为它的 ESR 只有电解电容的 10%~20%。在环境温度85。C 时,电容将降额 30%使用。 最佳的电容是来自 AVX 公司的,它的ESR 专门低,因此能够适应专门高的纹波电流,但 这是专门专门的电容。在输出端可将下列两种电容并在一起。 AVX TPSEl07M01R0150 1OOμF20%,10V,150mΩ,O.894A有效值 TPSE107M01R0125 100/μF20%,10V,125mΩ,0.980A有效值 Nichicon F750A107MD 100μF20%,10V,120mΩ,0.92A有效值 输入滤波电容输入滤波电容见功率因数校正功率因数校正 那个电容要流过与功率开关相同的电流,电流波形是梯形的,从最初的lA 专门快上升 到 2.8A。 它的工作条件比输出滤波电容恶劣得多。 可把梯形电流看成两个波形的叠加来 估量有效值峰值 1A 的矩形波和峰值 1.8A 的三角波,产生大约 1.1A 的有效值。 电容值由下式运算 电压越高,电容值越低。电容由两个1OOμF 电容并联而成,它们是 AVXAVX每个系统需两个 TPSl07M020R0085TPSl07M020R0085 1OOμF20%,20V,85mΩ,1.534A有效值 TPSl07M020R0200TPSl07M020R0200 100μF20%,10V,200mΩ,1.0A有效值 选择操纵选择操纵 ICIC 芯片芯片U1 期望的 buck 操纵 IC 芯片的特性是 1.直截了当从输入电压即可启动的能力。 2.逐周电流限制。 3.图腾柱 MOSFET 驱动器。 4.功率开关和同步整流器 MOSFET 之间延时的操纵。 市场上绝大部分同步 buck 操纵器差不多上用于5~1.8V 微处理器调整电源的如, 12V 的 V dd 和5V 的 V in。也有专门多 IC 芯片能够提供足够的功能,使用者能够依照顾 用来选择这些功能。在选择时,初选了两家加利福尼亚公司的产品,发觉只有一种IC 适合这种要求,确实是 Unitrode/TI 的 UC3580-3。 电压误差放大器的内部基准是 2.512.5%V。 设定工作频率设定工作频率RR 7 7、 、R R 8 8 和和 C C 8 8 R 8 给定时电容 C 8 充电,而 R 7 给定时电容放电。第一,要确定变换器最大占空比。因为 输出电压大约是最低输入电压的 50%,因此选择最大占空比为 60%。 从数据手册得 充电时刻最大值是 0.6/300kHz 或 2μs。参数表上定时电容值 lOOpF 略偏小可不能耗 散太多能量。那个地点采纳那个值,因此R 8 的值是 伏伏 秒限制器秒限制器

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