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本帖最后由 fallen 于 2014-6-18 19:09 编辑 6 i% @+ A9 r7 {- N7 ^+ z
' 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
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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。8 o& ]& H4 f3 C8 x
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。4 r; C, [6 G+ p0 E$ [( A( M
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。' R/ H7 |/ S: w& z/ X: w# a7 H! y
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。$ m. n" s1 ]/ t
(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。% m1 l1 z1 r3 h1 I+ n( d8 s/ G
(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。& \) Q/ P% L: d5 K# K
(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.* m/ y* g; W& y6 b5 w) W
(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。0 M+ A! l( N0 `# a q8 B. V5 O
(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。 |
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图1
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