工作总结---BUCK电路（1）

fallen

' e0 f4 }% S- ?/ J6 p/ g- g  最近工作不多，特总结一下这些年的工作。
3 _  R! |, }' F& W  首先总结用的最多的电源IC  buck  AP3502E
) ?" n- `, [% G$ x6 c, F4 z" ]1 软启动
' C, L+ `2 ^# [! l# \   AP3502E的PIN8为SS，意思就是soft-start-软启动。那么什么是软启动呢，软启动就是使得输出电压慢慢上升到固定值，目的很简单就是为了降低上电瞬间各器件的应力。图片如图1
" D- a; J( `% V! A) ?( G  a                                                                       
  通常的设计在SS脚处接一个电容Css到GND。原理为给Css一个固定的充电电流，充满电压为0.925V。根据基础知识Q=CV,Q=It,可以很方便的计算出Css=(t*I)/V，其中I=5uA,V=0.925，整个渐变的过程所花的时间为t，一般我们在这个地方接100nF电容，计算出来为18-20ms。需要注意的是，这个地方还可以用来做分功率处理，比如电源瞬间负载能力不够，我们可以加大Css的值，也就是延长渐变过程。

1 `% f! {0 C0 Y' q% [7 w6 T2 介绍几个BUCK DC-DC常用的词汇
1 D; S& ], h* f4 p   OCP：over current protection  过流保护，一般为检测峰值电流，AP3502E的峰值电流检测点为3.5A，03E的检测点为5.6A。在设计的时候需要严格注意此。
   OVP：over voltage protection   过压保护，这里指的是DC-DC的输出过压保护。当反馈点的电压大于1.1V（AP3502E）或者1.3V(AP3503E)的时候，功率开关管全部关断，当过压现象消失后，芯片重新恢复工作。
. i" K) T- V5 `1 ]* ], j   SCP：short current protection   短路保护， 短路后，FB的电压会检测到小于0.3V，这个时候会触发短路保护功能，系统的工作频率降低到90K来保护IC，当此现象消失后，芯片重新恢复工作。
   OTP：over tempeture protection 过温保护，主要是防止IC的结温度过高，当IC的结温超过160°C的时候，IC关闭内部功能与所有的MOSFET管，当此现象消失并且温度降低到130或者140°C的时候，芯片才恢复正常工作。
2 n- H, o8 ^) F0 Y  UVLO：under voltage lock out  欠压保护，当输入的电压低于最小输入电压的时候，IC将不会工作。
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3 电感的计算
) Y1 M) e# X/ J0 N2 A   这里我们首先要设计电感。因为在设计的电感值决定了输入与输出电容的选择。我们一般常用的是12V TO  5V  以及12V TO 3.3，下面以12V TO 5V来做详细的介绍。
1 p/ b( T  S2 K  G   （1）首先需要考虑的是最大输入电压VIN，由于12V的稳定系数在10%，所以我们取VIN=13.2V来计算，后面将会说明为什么要取最大值。
   （2）VOUT=5V或者5.2V（如果要接移动硬盘的话），这个影响都不太大。
   （3）假设工作在CCM的模式下，电感的纹波电流是连续。
4 [  o. a# u8 y- a  c+ _0 X   （4）根据电感电压与电流的定义V=Ldi/dt，取无源符号约定，得到VIN-VOUT=Ldi/dt，其中di为纹波电流，纹波电流我们一般假设为0.1-0.4的IOUTMAX，在此我们计算IOUTMAX=2A，并取纹波系数为0.4。
; S% D5 u  w1 f; ^; T/ R* K   （5）dt为导通的时间，根据能量守恒可的dt=VOUT/(VIN*F)，其中F为开关的频率=340K。
   （6）带入到电感的电压与电流的关系公式中，得到L=[VOUT*(VIN-VOUT)]/(VIN*F*IOUTMAX*0.4)，这个是满足CCM条件下，最小的电感量，实际上需要的电感量必须大于此电感量。可以自己在EXCEL里面做好公式来计算，带入数值，最后的计算结果为L=11.4uH。这个时候我们可以适当的加大电感量并取标称值15uH.
     (7) 注意到，如果把L看成是VIN的函数（VIN为自变量），那么对于这个函数求导，发现此导函数大于0，所以是单调递增，也就是说VIN越大，所需要的最佳电感量也越大。所以我们计算的时候要按照最大的输入电压来计算，如果按照最小电压计算的话，那么在最大电压的电感量将会很小，可能导致进入到DCM模式，使得纹波过大。
   （8）最后，把15uH的电感带入到公式中，反推纹波电流大概为0.6A，那么电感的峰值电流Ipk=IOUTMAX+0.5*0.6A=2.3A，一般所选取的电感的饱和电流要大于此电流，比如你可以选择2.5A或者以上。另外说一个省成本的技巧，15uH/2.5A的功率电感可能不是那么好找或者比较贵，你也可以折中，因为我们一般都不会使用到2A的额定电流，一般都是1.5A左右，所以换算下来，你可以选择15uH/2A的电感，这个是比较常见的。最后我选择了15uH/2A/CD75的电感。

fallen

liaotingkang 发表于 2014-12-7 23:05
) m% K( K3 h2 X' h0 \8 |- R6 l给表格我了，十分感谢！！

/ ^* U: y' L4 l7 I& I: t过去大半年还在纠结表格，好吧，我就上传了。

bingshuihuo

不 错！！！！！！！！！大力支持

liaotingkang

高手，本人对EXCEL的操作不熟悉，请你把做好的表格提供给我一下，十分感谢，我的mail:liaotinkgna@163.com

lzscan

前段时间也专门总结了下BUCK电路的选型。只是在公司内网，没法共享出来。

fallen

liaotingkang 发表于 2014-6-19 09:20
* d8 ~- E- ?3 e! T: L' j高手，本人对EXCEL的操作不熟悉，请你把做好的表格提供给我一下，十分感谢，我的mail:liaotinkgna@163.com

+ r% a" P  {7 ~; q5 R1 L0 uEXCEL的表格，就是一个简单的公式，很简单的，我就不传给你了。
0 ]: A& h( ~7 e! [1 _! r) T2 n在表格里面做好了公式，计算非常方便，还可以画波形。

fallen

lzscan 发表于 2014-6-19 09:50
& P  z" l& H6 R6 C- O2 h前段时间也专门总结了下BUCK电路的选型。只是在公司内网，没法共享出来。

有机会共享出来的，让我们也学习学习。

bingshuihuo

有机会共享出来，让大家学习一下啊

cszyueluo

电感增大未必就好，要看纹波电流的，如果纹波电流过大，那么动态响应就不会很好了

fallen

cszyueluo 发表于 2014-6-20 16:19
电感增大未必就好，要看纹波电流的，如果纹波电流过大，那么动态响应就不会很好了

5 i- N/ _! _- ?. |非常感谢你的指点，但是我的观点是：
纹波电流跟电感有关系，电感越大，纹波电流越小，你可以看计算的方法。
动态响应是跟电感有关系，而不是纹波电流的关系，因为电感中的电流是不能突变的，所以电感越大，动态响应越差。

dqwuf2008

支持原创，就需要你这种乐于分享的人

fallen

dqwuf2008 发表于 2014-6-20 17:00
支持原创，就需要你这种乐于分享的人

灰常感谢，以后我有时间就总结，希望多多指点。

tdhoter

值得学习！谢谢楼主

huzf

感谢楼主分享

lxl

楼主厉害

Murphy

支持原创、