BUCK变换器选型问题

Chenmiking · 发表于 2024-8-7 09:52

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本帖最后由超級狗于 2024-8-10 00:00 编辑

我现在要做一个车载48V转12V电源的BUCK电路，功率大概350W，在BUCK变换器选型上遇到一个问题，我目前看了几款FET和电感均外置的控制器，理论上FET和电感外置那么负载电流是不是就取决于负载的实际大小吗？但是为什么我在看手册时，还会有控制器的最大输出电流，这个是为什么？

超級狗 · 发表于 2024-8-10 09:25

本帖最后由超級狗于 2024-8-10 10:01 编辑

這些車載降壓方案，設計上不是想像的簡單，踢哀（TI）提供 Excel 計算器協助大家。

踢哀（TI）E2E Forum 討論版上有人問，找不到 LM5148-Q1 的計算器。客服（FAE）工程師是說， LM5148-Q1 的算法同 LM5149-Q1，可以使用 LM5149-Q1 的 Excel 試算表。

超級狗 · 发表于 2024-8-9 23:10

本帖最后由超級狗于 2024-8-10 00:19 编辑

SYN_IN 和 SYNC_OUT 串接、輸出並接的好處是，分散峰值電流（Peak Current），EMI 的傳導發射（Conducted Emission）會較小，熱源也可以得到分散。用單一顆省空間、成本低（會不會比較低要比價）、電路簡單，但就看未來你會不會遇到 EMI 的傳導發射（Conducted Emission）太強，或是熱源過於集中問題。

根據踢哀（TI）官網的資訊
TI LM5141-Q1 I_OUT = 30A Maximum（Current Mode）
TI LM5143A-Q1 I_OUT = 40A Maximum（Current Mode）
TI LM5145-Q1 I_OUT = "-" 官網沒寫（Voltage Mode），不知道是不是如樓主所說，跟外掛 MOSFET 和電感有關，跟芯片本身無關。
TI LM5146-Q1 I_OUT = 30A Maximum（Voltage Mode）
TI LM5148-Q1 I_OUT = 20A Maximum（Current Mode）
TI LM5149-Q1 I_OUT = 20A Maximum（Current Mode）
TI LM5137-Q1 I_OUT = 40A Maximum（Current Mode），新產品、這個型號是雙輸出（Dual Output），輸出並接有機會可以一顆搞定，兩個輸出看起來各自可以到 15A。

這是指單顆或是並接後的輸出電流？輸入和輸出在幾 V 下的條件？感覺很模糊，樓主需要跟原廠確認，上述 I_OUT 的工作條件很重要！

LM5148-Q1 的建議電路，2 顆並接標示輸出 3.3V / 20A。

官網選型網頁如下：
AC/DC & DC/DC controllers (external FET) product selection | TI.com

超級狗 · 发表于 2024-8-10 09:43

本帖最后由超級狗于 2024-8-10 18:22 编辑

超級狗发表于 2024-8-9 23:10
" K, x% }2 j( N. M7 zSYN_IN 和 SYNC_OUT 串接、輸出並接的好處是，分散峰值電流（Peak Current），EMI 的傳導發射（Conducted E ...

從搭配元件觀點來看這個設計
樓主似乎只著重芯片能支援多少電流輸出，昨天小弟翻了一下規格書，發現這些型號的基本原理，和內建 MOS 管的 Buck Converter 相同。

通常我們在計算電感電流（Inductor Current）時，常會看到踢哀（TI）這麼講。

I_L(Peak) = I_OUT + ΔI_L / 2

而 Ripple Current ΔI_L 又建議是 I_OUT 的 30% ~ 50% 。

所以；

I_L(Peak) = I_OUT × 1.25

如果你要設計一顆 30A 輸出的 Buck 電路，電感至少需要有 30A × 1.25 = 37.5A 的額定電流（Rating Current），當然 MOS 管也需要具備有這樣的電流能力。

假如找不到這樣的元件，需要用好幾顆並聯來設計，這會增加線路佈局（PCB Layout）的難度；或是週邊元件價格已經比芯片本身還高，這個設計就不合適了。

超級狗 · 发表于 2024-8-9 10:05

本帖最后由超級狗于 2024-8-9 23:41 编辑

Chenmiking 发表于 2024-8-9 09:47
# w" X9 r8 L1 U3 p那如果我用voltage control控制的芯片就没有这个问题了，对吧？

具體還是得看芯片設計，我只能說很少有那種完全沒有限制，功率任由你無限放大的方案。
規格書方塊圖及敘述通常也只是個大概，有些限制它不會明講，有時候還得動腦想一下。像你這個問題規格書也沒講，完全是看方塊圖思考後得到的結論。( w- \! ^+ W0 w

補充說明
很多 DC to DC Converter 的限流保護（OCP = Over Current Protection），是利用 MOSFET R_DS(on) 的壓降，約略反推流經 MOSFET 的電流。這種狀況下，即便是 Voltage Control Mode DC to DC Converter 外掛 MOSFET，也會有輸出電流限制。因為多數 DC to DC Converter 的限流保護（OCP = Over Current Protection），設計上是固定、不能做調整的。

MOSFET R_DS(on) 的壓降的取樣點通常在芯片內部，你也動不了手腳。

Getaway · 发表于 2024-8-7 18:01

输入电压范围是选型时的基础参数，决定了变换器能否在预期的电源条件下稳定工作。输出电压精度对于许多应用来说至关重要，尤其是在需要精确控制电压的场合

6940 · 发表于 2024-8-8 08:46

狗哥，威武。

Dkity · 发表于 2024-8-8 09:21

buck电路输出电流不仅跟负载有关，还跟控制器开关频率、占空比、采样电阻等参数有关，特别关注寄生参数。

超級狗 · 发表于 2024-8-8 10:17

這顆是 Current Mode 的 DC to DC Converter，有別於一般的 Voltage Mode，是會監看電感電流（Inductor Current）的！

The controller uses a peak current-mode control architecture for easy loop compensation, fast transient response, and excellent load and line regulation.

超級狗 · 发表于 2024-8-8 11:43

Voltage Mode Buck 和 Current Mode Buck 比較

超級狗 · 发表于 2024-8-8 14:04

本帖最后由超級狗于 2024-8-8 14:17 编辑

超級狗发表于 2024-8-8 10:17+ |" ?0 W0 _/ C2 @; T6 h
這顆是 Current Mode 的 DC to DC Converter，有別於一般的 Voltage Mode，是會監看電感電流（Inductor Cur ...

補充說明
很多 DC to DC Converter 的限流保護（OCP = Over Current Protection），是利用 MOSFET R_DS(on) 的壓降，約略反推流經 MOSFET 的電流。這種狀況下，即便是 Voltage Mode DC to DC Converter 外掛 MOSFET，也會有輸出電流限制。因為多數 DC to DC Converter 的限流保護（OCP = Over Current Protection），設計上是固定、不能做調整的。

Chenmiking · 发表于 2024-8-8 16:00

超級狗发表于 2024-8-8 14:04
% R: o5 f1 \& N6 f* Y補充說明
$ j( a; z" ~$ L, k+ k; S5 X+ E7 T很多 DC to DC Converter 的限流保護（OCP = Over Current Protection），是利用 MOSFET R[sub ...

首先谢谢您的回答。我这里其实有一个疑问，如果我不用RDSon去做采样电阻，而是放一个功率采样电阻，通过设置功率采样电阻的阻值，理论上我的负载电流可以高于标定的20A，我这样理解没错吧？那如果我这样用，实际操作上会不会有什么问题呢？

超級狗 · 发表于 2024-8-8 18:25

Chenmiking 发表于 2024-8-8 16:007 |. }2 L2 i5 h# ?! y
首先谢谢您的回答。我这里其实有一个疑问，如果我不用RDSon去做采样电阻，而是放一个功率采样电阻，通过 ...

我知道你的餿主意，你想把 Sensing Resistor R_S 阻值變小去騙芯片對不？

理論上似乎是可行，但別忘了 Current Mode 的開關控制也會一起受騙，動作的門檻電流（Threshold Current）也一起變大、變遲鈍。漣波（Ripple）會不會變大，甚至連輸出都不正常，就不得而知了。

Chenmiking · 发表于 2024-8-9 09:47

超級狗发表于 2024-8-8 18:25! Q$ c5 ?3 Q8 O) W2 }5 l* d7 \# }
我知道你的餿主意，你想把 Sensing Resistor R_S 阻值變小去騙芯片對不？' ?/ j X* I, ^4 P- f; ?( }+ t7 f

; c9 d) A5 S" o) w理論上似乎是可行 ...

那如果我用voltage control控制的芯片就没有这个问题了，对吧？

skai353535 · 发表于 2024-8-9 10:19

谢谢分享干货

wudipk2010 · 发表于 2024-8-9 14:36

因为你需要驱动更大的负载电流，需要的MOS管也越大，对应的QC也越大，需要的栅极驱动电流也越大，而栅极驱动就是芯片给出来的。一般这个规格书的20A是官方典型应用上所计算出来的参数，如果你能选到参数更优的MOS管，超过20A一部分也是没问题的。

超級狗 · 发表于 2024-8-9 20:25

本帖最后由超級狗于 2024-8-10 00:08 编辑

Chenmiking 发表于 2024-8-8 16:00, E, [1 Q( z( U6 W# G
首先谢谢您的回答。我这里其实有一个疑问，如果我不用RDSon去做采样电阻，而是放一个功率采样电阻，通过 ...

樓主說 12V 約要有 350W 的輸出，350W / 12V = 29.17A。

LM5148-Q1（V_IN = 80V Maximum） SYNC_IN 和 SYNC_OUT 相差 180 度，2 顆並接約可以提供 12V / 10A。

如果 V_IN 不需要到 65V 的話；
LM5143-Q1 （V_IN = 65V Maximum）SYNC_IN 和 SYNC_OUT 相差 90 度，是否最多可以並接到 4 顆，提供到 12V / 40A。（並接 3 顆就有 30A）。

但如果你們真的要省到沒天良只用一顆的話，麻煩告訴我們貴公司是幫哪家車廠設計電路。

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