DC-DC电路设计-Buck电路演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Buck Converter,电路的工作原理,电路的结构,优缺点及应用,1,电路的工作原理,先看一下buck电路原理图：,2,当开关导通时，电流回路如下：,3,由图中可以看到，当开关导通时，输入电压给电感充电，电感上的电流呈线性上升，电感上的电压为：,（Vin-Vout)*Ton,当开关断开时，电流回路如下：,电感上的电压为：(Vin-Vout)*Ton=Vout*Toff,因此，Vout=Vin*D;D=Ton/(Ton+Toff)很显然，输出电压降低了。,4,我们知道，电感中的电流不能突变，所以此时，电感放电，二极管导通，并且二极管两端的电压为-导通电压（取参考方向是上正下负），这样我们就可以得到二极管两端电压和电感上电流的时间关系如下：,5,电路的拓扑结构,DCDC降压电路中关键的器件有二极管、电感、输入输出电容。,其中二极管要选择快速反应且压降小的肖特基势垒二极管。,电感和输出电容要根据负载电流和输出纹波要求而定。具体的选择随后会讲到。,6,二极管的选择,7,一般，在给的二极管的Data sheet里都会有这些参数的数值，可以根据参数来决定对二极管的选择，如下图为一肖特基二极管的Data:,8,下面我们需要知道为什么要选择肖特基势垒二极管，即它的优点：,1.SBD具有开关频率高和正向压降低。,2.不存在电荷存贮效应。,3.具有良好的高频特性。,4.开关时间短。,9,电感的选择,10,需要说明的是在上页中提到的公式中：,fs-开关频率。对于一个给定的电感，提高fs可以减小纹波电流和电压，但会增加MOS管的开关损耗。,I-纹波电流值，一般取纹波电流值为最大输出电流的10%-50%，在我测试的芯片CAT7810给出的I,max,=2A,所以我公式中的I取0.2-0.5A。,Iout=Vout/R,当由第一个式子计算出电感值以后，我们需要计算其峰值电流I,peak,（由第二个式子确定），此时我们再观察选定电感是否能够承受这个电流，要是选取的电感所能允许的最大电流小于计算出来的峰值电流，我们就需要重新选择，重新计算，最后找出合适的电感。,11,电容的选择,其中的ESR是指电容的等效电阻,12,对于电容的选择，我们要分输入电容的选择和输出电容的选择：,1.输入电容的选择：输入电容需要能够维持当MOS场效应管导通时所产生的纹波电流，所以低的等效电阻就可以减小损耗，我们可以由上页中给出的公式计算出输入电流的均方根值，进而可以计算出输入电容的损耗：,其中，PCIN-输入电容的功率损耗；,ESRCIN-输入电容的等效电阻；,我们一般都会选择点解电容或者是陶瓷电容。,13,2.输出电容的选择：输出电容是有滤波和补偿负载电流的作用,VESR-电压变动允许范围的差值；,IOUT-暂态电流（一般取输出电流的10%，最小）；,ESRCAP-电容的最大等效电阻（由电容的Data sheet给出）；,ESRMAX-计算出来的允许最大等效电阻。,我们可以由第二个式子确定所需给定电容的数目，如果给定电容的等效电阻大于计算出来的允许最大等效电阻，我们就需要多个电容并联来减小电阻值，当然电容数目就可以由公式计算得到。,14,Buck电路存在的优缺点,对于buck电路的有缺点我们需要和另一种电路LDO(Low dropout regulater)低压差线性稳压器进行比较，LDO是低压降的意思，优点是：成本低，噪音低，静态电流小。但其缺点是：效率不高。这样我们就可以得到buck电路的优点是：效率高、可以输出大电流、静态电流小。缺点是：输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。,15,上图是一个芯片的典型应用图，我们可以看出其中由10MQ100N肖特基二级管、L1、C2、R1、R2构成了buck电路，Vout是要反馈到feedback端来与比较电压进行比较来进行PWM调制的。因此，buck电路主要是在Switch中应用。,Buck电路的应用,16,17,上页图中分别给出了buck的同步电路和非同步电路（由上到下），同步电路实际是由单刀双掷开关控制的，开关导通时间相对二极管要短，这样就使得输出电压比较稳定，纹波效果也会比较好。,18,