DCDC降壓和升壓電路功率電感及濾波儲能電容的選擇


一、降壓電路/Buck:

1.1 功率電感

對於大多數應用,建議使用1µH至10µH的電感器,其直流電流額定值至少比最大負載電流高25%。 為了獲得更高的效率,請選擇一個直流電阻較低的電感器。 電感值越大,紋波電流越小,輸出紋波電壓越低,但物理尺寸越大,串聯電阻越大,飽和電流越小。 確定電感器值的一個好的規則是允許電感器紋波電流約為最大負載電流的30%。 然后可以用公式計算電感值:

 

 

其中∆IL是電感的峰峰值紋波電流

選擇電感器紋波電流約為最大負載電流的30%。 最大電感峰值電流可以用公式計算:

 

 即

1.2 濾波電容

輸入電容器可以是電解電容,鉭電容或陶瓷電容。使用低ESR的電容。

 當使用電解電容器時,應在靠近IN的地方放置兩個額外的優質陶瓷電容器。 用公式(9)估算由電容引起的輸入電壓紋波:

 

輸出電容可以用下面公式(10)計算輸出紋波

 

 其中L1為電感值,RESR為輸出電容器的等效串聯電阻(ESR)值。

 

陶瓷電容器的情況下,開關頻率下的阻抗由電容決定。 輸出電壓紋波主要由電容引起。 為了簡化,可以通過以下方式估算輸出電壓紋波:

對於電解電容器,ESR決定了開關頻率下的阻抗。 為簡化起見,可使用下面公式估算輸出紋波:

 1.3 續流二極管

 當高端開關斷開時,輸出整流二極管將電流提供給電感器。 為了減少由於二極管正向電壓和恢復時間而造成的損耗,請使用肖特基二極管選擇一個二極管,其最大反向電壓額定值大於最大輸入電壓,並且其電流額定值大於最大負載電流

備注:部分DCDC內部集成了續流二極管,不需要在外部單獨添加

二、升壓電路/Boost:

2.1 功率電感

 

 通常,建議使用最大電流小於電感平均電流40%的電感峰峰值電流工作。 較大值的電感器產生的較小紋波可減少電感器和EMI中的磁滯損耗,但以相同的方式,會增加負載瞬態響應時間。 所選電感器的飽和電流必須高於計算出的峰值電流

2.2 電容

輸入電容同Buck模式

輸出電容:在升壓模式下,輸出電流是不連續的,因此COUT必須能夠減小輸出電壓紋波。 可能需要較高的電容值才能降低輸出紋波和瞬態響應。 推薦使用低ESR的電容器,例如X5R或X7R陶瓷電容器。 如果使用陶瓷電容器,則電容將在開關頻率下主導阻抗,因此輸出電壓紋波與ESR無關。 輸出電壓紋波可通過公式估算:

 

 其中VRIPPLE是輸出紋波電壓,而COUT是輸出電容器的電容。

如果使用混合,聚合物或低ESR的電解電容器,則ESR會在開關頻率下主導阻抗。 使用公式(14)估算輸出紋波:

 

 2.3 外置MOS

選擇參數考慮點:

1.最大漏極至源極電壓(VDS(MAX))SWA和SWB需要承受最大輸入電壓和開關期間SW1處的瞬態尖峰。 因此,建議在輸入電壓的1.5倍時為SWA和SWB選擇VDS(MAX)。 SWC和SWD在切換期間會看到SW2處的輸出電壓和瞬態尖峰。 因此,建議SWC和SWD≥1.5倍輸出電壓。
2.最大電流(ID(MAX))
3. VTH:MPQ4214的驅動器電壓由VCC提供。 MOSFET的柵極平穩電壓應小於轉換器的最小VCC電壓,否則MOSFET在啟動或過載條件下可能無法完全增強。
4.導通電阻(RDS(ON))
5.總柵極電荷(QG)對於MPQ4214,所有開關(QG)均應小於50nC(在7.2V柵極條件下)。 如果有兩個並聯的MOSFET,則每個MOSFET QG必須小於25nC。

 

 2.3.1 SWA

當在升壓模式下工作時,SWA始終打開。 它的傳導功率損耗可以用公式(15)計算:

 

 

 假設MOSFET結至環境的熱阻為50°C / W(這取決於電路板的功耗),並且最大接受溫度升高為50°C。 因此,最大功率損耗為1W,可通過公式(16)計算得出

 

 根據上面兩個公式,可以計算出Ron的值

當在降壓模式下工作時,可以分別通過公式(17)和公式(18)計算SWA的導通和開關損耗

 

 2.3.2 SWB

SWB工作在Buck模式下,功率損耗為:

 

  2.3.3 SWC

SWB工作在Boost模式下,導通和開關損耗為:

  2.3.4 SWD

 

 

 

 

編者注:以上計算方式參考自MPS原廠芯片手冊計算公式


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