BUCK变换器选型问题

Chenmiking

. L) P) y1 N% K
- w" o; k) k1 c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？
0 W- o3 l: |3 o; R

超級狗

# |: Y' O3 x' B0 g# k) B
& Z* W; I) j' m+ m! v+ J4 \+ {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。
4 \8 h8 M* w7 U: A: u! O
' ?: J9 ?) R. E0 H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。

. q0 |: S! @7 L

超級狗

( v2 L$ g0 x9 P( Y  l9 _0 USYN_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。
: T; ]# Z3 n. S
根據踢哀（TI）官網的資訊
TI LM5141-Q1 I_OUT = 30A Maximum（Current Mode）
/ l" j6 Y# y( y" G9 I- W. w) rTI LM5143A-Q1 I_OUT = 40A Maximum（Current Mode）
% L& n0 d0 H5 ~, P/ v9 U' vTI 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）
' W+ q  G9 J3 ITI 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！
! Z8 D2 t" O; E
LM5148-Q1 的建議電路，2 顆並接標示輸出 3.3V / 20A。
" U: ^& p$ O  t3 R4 r
( W7 {' {0 D, @7 O1 f官網選型網頁如下：
0 c* c8 h/ w) N% a5 AAC/DC & DC/DC controllers (external FET) product selection | TI.com
# w" x2 e* {8 s
+ j- `1 Y$ D$ E; o
% y8 q- p* f  Y$ \- I8 U% ]: ]

超級狗

, n9 }9 Q- Q+ p1 A6 d( {- q

超級狗 发表于 2024-8-9 23:10
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 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。
% L6 r2 y: j. U. Q
+ @1 x- I3 E3 X, f  n. l通常我們在計算電感電流（Inductor Current）時，常會看到踢哀（TI）這麼講。

/ Y- R3 s$ M; H' C5 T5 ?I_L(Peak) = I_OUT + ΔI_L / 2
! f" p7 R$ P' t) G2 @) N' ]* O
# \* z$ `3 J' Z3 ^而 Ripple Current ΔI_L 又建議是 I_OUT 的 30% ~ 50% 。

7 t( S2 d, |! T1 h& I所以；
; f; Z' n. O. j5 N( L4 k: I
4 q. r2 Y8 ^% G: j9 K, hI_L(Peak) = I_OUT × 1.25
4 d6 @' ^% X0 K! _0 Z' h+ K
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。
. ^6 [9 L, o+ D" q! s8 z/ T) Q- L
0 r" P% s, l) i2 v) S8 f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。





. B. o$ e; b& U) c% ~/ |- ?8 {

超級狗

Chenmiking 发表于 2024-8-9 09:47
% q& d8 n$ C2 z/ t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。
  

7 H5 [5 f6 S# N+ u. d. {) W3 k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。
6 l; t9 I* S( o% T0 ]
; {- l6 @( C* w9 A) }

Symbol

好像多路BUCK的均流不是很好解决，有可能出现多路MOS的温升不一样的问题

Symbol

BUCK并联这个鬼东西真的，搞不好就容易出事

超級狗

Chenmiking 发表于 2024-8-8 16:00
' s% g# G! J8 h0 E5 }8 h! x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 ...

9 t) r; v8 ^' t$ S! a樓主說 12V 約要有 350W 的輸出，350W / 12V = 29.17A。
9 v4 K( m( V) t
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。
2 s* @+ x% g/ p0 d9 o
如果 V_IN 不需要到 65V 的話；
0 L: M& A! @" a0 M* O/ v  kLM5143-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）。
3 L6 I# J8 L# \1 c
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。

; l1 Q/ ~( H2 N5 Y6 M

wudipk2010

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。

skai353535

谢谢分享干货

Chenmiking

超級狗 发表于 2024-8-8 18:25
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？

1 e: Y* }" d$ r理論上似乎是可行 ...

* t4 E: {( f  `- W( T4 `那如果我用voltage control控制的芯片就没有这个问题了，对吧？

超級狗

Chenmiking 发表于 2024-8-8 16:00
5 w: \" a: g6 j- U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 ...

$ |# {3 B5 J" j: E9 i7 d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。

) q5 A  I; _& I

Chenmiking

超級狗 发表于 2024-8-8 14:04
2 e- N+ ]* Q( B9 c* f. B1 G補充說明
7 P- f/ m" T" c% R& u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

超級狗 发表于 2024-8-8 10:17
; U  F$ c* |' u; e9 X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 ...

& a, z4 ^& C  \# L( t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。
: Q# A1 W$ P# W1 d# m& X% I
% M5 i2 x8 z3 h
! Z) M2 h/ W& j6 g$ z. j

超級狗

Voltage Mode Buck 和 Current Mode Buck 比較

超級狗

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！

* k: L: v1 a  L2 OThe controller uses a peak current-mode control architecture for easy loop compensation, fast transient response, and excellent load and line regulation.
7 z. k6 p4 m1 M6 K' ~7 K. Z7 c! b" p

6 w/ W8 {$ c% ]! ]1 Z/ m3 `5 U/ y
2 s' ]# P( `# N0 z) }/ n9 R# l* m9 z