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工作总结---BUCK电路(1)

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发表于 2014-6-18 18:55 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 fallen 于 2014-6-18 19:09 编辑 ' f' T8 O- R  S7 n
- U0 u, g' ~+ l- g
  最近工作不多,特总结一下这些年的工作。/ X; K1 K1 \$ v) Q8 l6 U* r0 m. x
  首先总结用的最多的电源IC  buck  AP3502E
' w4 H: V7 S3 o$ R0 l4 j  r1 软启动% L9 c) l( o0 h) M0 C
   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* H  N) V/ r9 C4 M, [1 K1 R+ \+ V0 G- O
                                                                       
( g/ t3 v" p  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。
" M( \, d( c. z; ~0 b5 b9 L  F1 J, Q* \% \
2 介绍几个BUCK DC-DC常用的词汇
' m) @0 G. K& p' E( T9 i   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。3 v6 j4 r9 X' _1 r9 D/ G
   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。* l  R% K# A3 ]" N. P. r
   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。
. d6 o& ]5 }2 v$ |1 b: Z2 [4 B   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。
9 v, [  E3 ~. u9 J' X  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。
- G8 j6 ~7 k* X& O8 p% E. y8 w* q, O
3 电感的计算
" H' w1 {# h, K# u   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。
" Y8 F; G' M& [9 q% S9 `   (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。
, n( M7 N! o7 o6 p- n/ \7 e   (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。( H6 s1 ~# x" Q2 J+ q2 X
   (3)假设工作在CCM的模式下,电感的纹波电流是连续。8 e0 h# d9 p3 @( s7 N5 q
   (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。& e8 X( d2 M. j8 `3 ]2 j( e) B& y
   (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。, F9 n" E9 F- p! N* }1 q
   (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.
% A+ H0 i! t2 D1 m$ k9 {" x     (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。" g7 m$ e2 P/ x5 ?* K0 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。

11.jpg (81.21 KB, 下载次数: 33)

图1

图1

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  发表于 2014-6-18 18:58

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 楼主| 发表于 2014-12-8 10:03 | 只看该作者
liaotingkang 发表于 2014-12-7 23:05
7 ~- z4 |7 {, P1 w给表格我了,十分感谢!!
+ Q) s6 k: d  o6 s5 x
过去大半年还在纠结表格,好吧,我就上传了。

buck电感计算.zip

1.75 KB, 下载次数: 443, 下载积分: 威望 -5

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发表于 2014-6-19 08:12 | 只看该作者
不 错!!!!!!!!!大力支持

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3#
发表于 2014-6-19 09:20 | 只看该作者
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

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4#
发表于 2014-6-19 09:50 | 只看该作者
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。

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5#
 楼主| 发表于 2014-6-19 11:27 | 只看该作者
liaotingkang 发表于 2014-6-19 09:20
' t; Y+ p( W0 \# B8 n- b  H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
! S- b( E) G' h9 s! D5 i
EXCEL的表格,就是一个简单的公式,很简单的,我就不传给你了。
3 ^$ D' U# d5 I( {% E: @9 d( P7 ^在表格里面做好了公式,计算非常方便,还可以画波形。

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6#
 楼主| 发表于 2014-6-19 11:29 | 只看该作者
lzscan 发表于 2014-6-19 09:50
, n# U$ m/ a$ q6 o) V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。
% P2 o: w4 Z6 o- @' F' G* H$ w# S
有机会共享出来的,让我们也学习学习。

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7#
发表于 2014-6-19 13:41 | 只看该作者
有机会共享出来,让大家学习一下啊

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8#
发表于 2014-6-20 16:19 | 只看该作者
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

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9#
 楼主| 发表于 2014-6-20 16:47 | 只看该作者
cszyueluo 发表于 2014-6-20 16:19. Z3 U' w# D; z. g! a0 |
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
! N6 A8 j! W! H- q* `
非常感谢你的指点,但是我的观点是:
. u. Y/ N+ G/ [, [) O8 @8 c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。0 N6 l* w" B7 C  H" }! J
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。

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10#
发表于 2014-6-20 17:00 | 只看该作者
支持原创,就需要你这种乐于分享的人

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11#
 楼主| 发表于 2014-6-20 17:18 | 只看该作者
dqwuf2008 发表于 2014-6-20 17:00
3 {5 d: e$ ~9 E; n" U支持原创,就需要你这种乐于分享的人
) _- m2 X# n" d, N" O/ @+ n
灰常感谢,以后我有时间就总结,希望多多指点。

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12#
发表于 2014-6-20 17:48 | 只看该作者
值得学习!谢谢楼主

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13#
发表于 2014-6-24 13:37 | 只看该作者
感谢楼主分享
  • TA的每日心情
    擦汗
    2022-3-7 15:11
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]以坛为家I

    15#
    发表于 2014-6-24 17:33 | 只看该作者
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