1.2 问题和注意事项

大家好，欢迎再次收看“降压设计问题疑难解答” 视频系列。 我是Sam Jaffe，德州仪器公司 大于30伏特的降压转换器和控制器组的 应用工程师。 上一个视频介绍了降压， 你将在何时使用它们及其如何运作。 该视频详细介绍了降压转换器 或控制器的原理图和元件选择的 常见问题。 我们将看到当某些元件值太大或太小时 会发生什么，以及它对系统的影响。 让我们开始吧。 再来看看这个简化的原理图。 真实的原理图具有比这更多的组件， 我们必须能够为应用选择最佳的转换器/控制器， 并使用随附的组件 其能优化系统以根据需要工作。 首先，我们必须了解要求或电源 解决方案。 这为我们提供了 完成系统操作的界限和目标。 以下是一些通常的规格 - 输入电压，最小值和最大值。 这种情况的一个例子是汽车关闭电池 应用，其中电池电压 可具有低于6伏特 且高于30伏特的瞬态，标称电压 约为13.5伏特。 我们要关心标称输入电压， 但也可能需要考虑最小值和最大值。 输出电压，最小值和最大值。 某些应用需要动态更改输出。 其他的将具有恒定的输出，其仅 关注标称电压。 输出电流。 我们必须考虑额定电流以确保 零件不会过热。 我们还经常需要考虑电流限制， 反向电流限制，以及如果需要此功能， 器件是否可以实现恒定电流输出。 开关频率。 更高的开关频率通常 意味着更小的元件和更便宜的解决方案， 但效率更低。 我们还可以考虑禁止 在特定频率切换的应用。 例如，许多汽车应用 避免切换AM无线电频带以避免干扰。 某些应用要求频率同步 以避免拍频。 有些需要恒定的频率， 这可能会限制控制方案 并排除轻负载工作模式，如PFM。 静态电流。 通常情况下，越低越好，但通常 很难分辨出某些情况下 您可以预期的电流。 仔细阅读以确定您所看到的规格 是关机电流、睡眠电流、 非开关电流、有功电流，还是其他的。 控制模式。 电压模式、电流模式和恒定导通时间很常见。 每个都有自己的优点和缺点需要考虑。 欠压锁定。 有时内部UVLO对于所需的输入电压来说 太高。 有时，应用程序需要外部UVLO。 等等 - 需要考虑很多规格。 这不是每个规格或考虑的详尽列表。 在上面列出的规格中 还有更多要考虑的因素，但这些是主要的。 系统还必须具有良好的性能。 其中一些性能规格包括效率、 负载调节、线路调节、 负载瞬态响应、热性能、EMI性能、 稳定性等。 同样，这不是一个完整的列表， 但这些是常见的性能规格。 那你怎么找到合适的部件呢？ 有数百种IC可供选择， 那么您如何找到最适合您设计的部件呢？ 在TI.com上，您可以访问终端设备 参考图。 这将显示一个典型的应用程序和推荐的 部件，以满足该终端设备的需求。 这样可以牢记应用程序， 这有助于应用程序可能需要的 所有注意事项。 您可以在TI.com上使用参数搜索。 这按规范对每个类别中的所有部件进行排序。 如果您了解您的规格 和要求以及应用程序的注意事项， 那么这就是您的选择。 另一种方法是使用选择指南。 这样可以简洁直观地显示部件选项。 找到正确部件的另一个好方法 是找到与您的应用非常相似的 TI设计或PMP。 这有助于完成更多繁重的工作。 那样，您只需要修改设计， 而不是从头开始。 您也可以使用我们的在线设计工具WEBENCH。 只需输入您的规格，它将为您提供 完整设计的推荐零件，以符合您的规格。 既然你有自己的作用，那么如何 选择合适的组件呢？ 您可以查看评估模块。 评估模块将针对 部件评估目的显示典型规格的解决方案。 这可能与您的设计非常接近， 这可以让您很好地了解您的解决方案的样子。 您还可以将WEBENCH用于设计，这些设计偏离了 EVM。 只需输入您的规格，它就会 推荐一个包含原理图炸弹模拟 和典型布局的完整解决方案。 对于具体问题，没有比 数据表更好的地方了。 数据表是 部件特定设计问题的最佳资源。 它专门用于回答使该部件有效所需的 基本问题。 数据表始终是设计问题的最后一站， 应该用于检查最终解决方案。 我们来谈谈常见的基本组件 以及如何选择降压。 让我们从电感开始吧。 电感选择很困难，因为像其他一切一样， 有一些关键的规格，你不能全都要。 这些是最受欢迎的规格。 游戏规则是你可以移动点， 但你不能添加点。 例如，您可以牺牲电感的尺寸或成本 来获得更高饱和度的电流。 您可以拥有规格较差的廉价电感器 或具有更好规格的昂贵电感器。 最好的做法是找到必要的规格 并从那里开始。 让我们仔细看看这些规格 以及它们如何与系统性能相互作用的。 电感。 高电感将会带来更小的电感纹波 电流。 较低的电感可带来更高的纹波。 较高的纹波会导致更多的DCR损耗，更高的峰值 电流更容易饱和。 在允许最大所需输出电流之前， 高纹波电流也可能达到电流限制。 电流评级。 高额定电流通常意味着 电感器在正常工作期间会变热。 较低的电流额定值会变得更热， 这将降低效率并且可能会加热IC， 具体取决于布局。 饱和电流。 高饱和电流可提供正常操作。 饱和电流过低，电感 会开始饱和。 这可能导致电流失控， 从而造成更多损失并可能导致稳定性问题。 这也可能达到电流限制，这可能限制可实现的 输出电流。 直流电阻。 低DCR意味着更少的DCR损耗。 较高的DCR将具有较高的损耗， 这降低了效率。 这会增加热量，从而加热IC。 这与包装尺寸的电流评级有关。 接下来，我们来看看输入和输出电容。 以高频时标输入电容。 这与每个开关周期的输入响应有关。 高输入电容通常 适用于正常操作，但成本更高。 输入电容太低，您会在每个开关周期 看到IC上VIN引脚的电压下降。 这通常与电容器的布局和ESR有关， 但我们将在下一个视频中 对此进行更多讨论。 输入电容太小会导致稳定性问题， 并可能导致不被期望的UVLO 因过度下垂而跳闸。 要解决此问题，请添加更多陶瓷低电感 低ESR电容。 低频时标的输入电容。 这与输入对负载瞬态的响应有关。 高输入电容是理想的，但价格昂贵。 输入电容太低，VIN 可能下垂，导致稳定性问题， 并可能再次发生UVLO跳闸。 这需要更大的体电容，通常是 电解电容器。 高频时标的输出电容。 这与输出对每个开关周期的响应有关。 越高越好，但又变得更贵。 输出电容越小，输出电压纹波 越大。 太多的纹波将超过规格，这取决于 您的负载的敏感程度。 通过添加更多陶瓷低电感低ESR电容 来减少纹波。 低频时标的输出电容。 这与输出对负载瞬态的响应有关。 同样，越高越好，但更贵。 太低，当负载电流跳起时 输出会下降。 通过添加更多的大容量电容 （通常是电解电容）来修复过度下垂。 下一个最常见的问题是稳定性和补偿。 这取决于控制模式。 因此，我们将讨论三种常见模式， 预期结果以及如何解决稳定性问题。 电压模式。 电压模式控制器或转换器中的稳定性差 将在抖动占空比时看起来像固定频率。 在非常糟糕的情况下， 控制器甚至可以跳过一些脉冲。 这可以通过类型二或类型三补偿来修复。 有关该主题的信息，请参考数据表、 快速入门计算器、WEBENCH或我们的应用笔记， 以找到补偿电阻和电容的 最佳值。 电流模式。 电流模式控制器中的稳定性差 与电压模式类似，只有一点是额外的。 您可能会看到一个显示为大脉冲、小脉冲、 大脉冲、小脉冲的情况。 这是次谐波振荡， 它是没有足够的斜坡补偿的电流模式控制器的 伪像。 通过添加前馈电容来解决这些 稳定性问题。 请参阅数据表以选择此值。 不断准时。 COT中的稳定性差可被视为抖动频率。 非常糟糕的稳定性看起来像跳过脉冲。 这通常可以通过评估 不同的纹波注入 - 类型1，类型2或类型3 来解决。 再次，请参阅数据表以获取 最适合您应用的值。 还有许多其他组件需要考虑。 这些都可以通过查阅数据表来选择。 许多也可以使用WEBENCH，该部分的 快速启动计算器，或查找有关该主题的 应用说明。 对于FET，如果您使用的是转换器， 则FET是内置的，您不必找到FET。 控制器需要外部FET选择。 续流或捕捉二极管。 非同步部件需要二极管 代替低侧FET。 软启动电容。 这减少了启动时的冲击电流。 有关最小值和最大值，请参见数据表。 启动电容。 该电容提供 导通高侧FET的电压。 该值通常是数据表中的 标准值。 启动电阻。 该可选电阻减慢了高端FET的上升时间。 这有助于在高频范围内实现EMI。 该电阻通常在几欧姆范围内。 缓冲器。 这对于改善EMI也是可选的。 请参阅数据表或应用笔记 以选择最佳值。 VCC或VDD上限。 这通常是数据表中推荐的 设定电容值。 RT电阻。 该电阻设置开关频率。 请参见数据表，了解哪些频率 与哪个电阻值相对应。 ILIM。 某些部件具有可调电流限制。 再次，请参阅数据表。 PGOOD或RESET。 这通常需要一个连接到电压的电阻， 以便在输出被正确调节时上拉。 等等 - 请参阅数据表， 了解所有引脚和IC的所有功能。 数据表将提供设置启动和运行 所需的所有信息， 但您也可以使用WEBENCH、快速启动 计算器或应用说明来实现电源解决方案。 以下是降压疑难解答视频系列的 原理图部分。 重申，这不是一个详尽的列表， 但这些是最重要和最常见的组件。阐述了它们如何 与系统交互。 请继续关注下一个视频， 我们将讨论常见的布局问题，以及如何最大限度地 减少寄生效应和耦合噪声，以实现稳健的设计。