汽车电子系统降压型BUCK变换器的设计技巧
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DCDC Buck变换器CCM设计与仿真优化工具在电力转换领域,降压型DC-DC变换器广泛用于将高电压转换为低电压,以满足各种电子设备对不同电压级别的要求。
而传统的控制器设计及模拟仿真通常需要大量的时间和资源。
为了提高设计效率和准确性,DC-DC Buck变换器的CCM(Continous Conduction Mode,连续导通模式)设计与仿真优化工具应运而生。
CCM设计与仿真优化工具利用计算机辅助设计(CAD)技术,结合数值计算方法和算法优化技术,能够快速准确地进行DC-DC Buck 变换器的设计和仿真优化。
该工具可以通过输入电源参数、负载参数和控制策略参数,自动计算并优化DC-DC Buck变换器的参数配置,从而满足设计要求。
CCM设计与仿真优化工具的核心功能包括以下几个方面:1. 拓扑选择:根据设计要求和特定应用场景,工具能够快速选择最适合的DC-DC Buck变换器拓扑结构,例如简单的降压型变换器、二极管恒导通模式(Diod-rectified buck converter)和同步整流模式(Synchronous rectification)等。
2. 参数配置:通过输入电源参数、负载参数和控制策略参数,工具可以自动计算并优化DC-DC Buck变换器的关键参数配置,例如输入输出电压、电感电容值和占空比等。
同时,还可以优化控制策略的参数,如PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器参数。
3. 稳态和动态分析:在参数配置确定后,工具能够进行稳态和动态分析。
稳态分析包括输出电压、输出电流、开关电流和功率损耗等的计算和优化。
动态分析则涉及响应时间、过渡过程和稳定性评估等。
4. 电磁兼容性分析:工具还可以进行电磁兼容性(EMC)分析,评估DC-DC Buck变换器在工作过程中产生的干扰和抗干扰能力。
通过优化布局和滤波器设计,减少电磁干扰,提高系统的可靠性和稳定性。
buckboost电路参数设计1.引言1.1 概述概述部分的内容:引言部分将对buckboost电路的概念和工作原理进行简要介绍。
buckboost电路是一种常用的直流-直流(DC-DC)转换电路,能够实现电压降低(buck)或增加(boost)功能。
它通过在输入和输出之间使用一对开关器件和电感来实现对电压的变换。
相比于其他转换电路,buckboost电路具有更广泛的应用领域和更高的功率转换效率。
在本文中,将重点讨论buckboost电路的参数设计。
参数设计是指在设计过程中确定电路的元件数值,以满足给定的输入电压和输出电压条件,并确保电路的稳定性和可靠性。
参数设计是设计工程师需要考虑的关键问题,它直接影响到电路性能和工作效果。
本文将详细介绍buckboost电路的参数设计要点。
首先,将介绍电路的基本原理和工作模式,以便读者更好地理解参数设计的背景和需求。
其次,将分析参数设计中需要考虑的关键因素,如输入电压范围、输出电压稳定性、电感和开关器件的选取等。
此外,还将介绍一些常用的参数设计方法和技巧,以帮助读者更好地进行电路设计和优化。
通过本文的阅读和学习,读者将能够全面了解buckboost电路的参数设计要点,并具备进行实际设计工作的基础知识和技能。
本文的内容将为设计工程师提供有价值的参考和指导,促进buckboost电路设计的发展和优化。
1.2文章结构1.2 文章结构本长文旨在介绍和探讨buckboost电路参数设计的要点。
文章将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对文章进行概述,简要介绍buckboost电路的背景和应用。
接着,阐述文章的结构,即介绍各个章节的主要内容和目的。
正文部分将详细介绍buckboost电路的基本原理和工作方式。
同时,重点关注buckboost电路参数设计的要点,包括输入电压范围、输出电压范围、电流要求、效率要求等。
通过深入分析这些参数设计要点,读者将能够了解如何根据具体需求来优化buckboost电路的设计。
400V非隔离Buck电路1. 引言Buck电路是一种常见的降压转换器,用于将高电压转换为较低的电压。
在本文中,我们将讨论一种名为400V非隔离Buck电路的设计和工作原理。
我们将详细解释该电路的构成、工作原理、性能特点以及应用范围。
2. 构成和工作原理400V非隔离Buck电路由以下几个主要组件构成:•输入电源:提供高电压输入(例如400V)。
•开关管:控制能量流动的开关元件。
•输出滤波电感:用于平滑输出电压。
•输出负载:连接到输出端的负载。
该电路通过周期性地打开和关闭开关管来调节能量流动。
在每个周期的开启阶段,开关管导通,输入电源通过开关管向输出滤波电感充放能量。
在每个周期的关闭阶段,开关管断开,输出滤波电感中储存的能量被释放到输出负载中。
基于这种工作原理,400V非隔离Buck电路可以实现对输入高压进行降压处理,并提供稳定的低压输出。
3. 性能特点400V非隔离Buck电路具有以下几个性能特点:•高效率:该电路通过周期性地开启和关闭开关管,可以实现高效的能量转换,减少能量损耗。
•稳定输出:通过控制开关管的工作频率和占空比,可以实现稳定的输出电压。
•快速响应:由于开关管的快速开启和关闭,该电路具有快速响应的特点,适用于对输出动态变化要求较高的应用场景。
•小体积:该电路由简单的元件组成,并且不需要额外的隔离元件,因此可以实现小体积设计。
4. 应用范围400V非隔离Buck电路在许多领域都有广泛应用,包括但不限于以下几个方面:•电力系统:用于降压处理高压输入,并提供给低压负载。
•汽车电子:用于汽车电子系统中对高压输入进行降压处理,并为各种汽车设备提供稳定低压供电。
•工业自动化:用于工业自动化设备中对高压输入进行降压处理,并为各种传感器、驱动器等设备提供稳定低压供电。
•通信设备:用于通信设备中对高压输入进行降压处理,并为各种通信模块、路由器等设备提供稳定低压供电。
5. 总结本文介绍了400V非隔离Buck电路的构成、工作原理、性能特点以及应用范围。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计Buck型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源转换器,广泛应用于各种电子设备中。
在进行Buck型DC-DC变换器的设计过程中,保护电路的设计非常重要,可以保护变换器及其他电路不受损坏,保证电源系统的正常运行。
保护电路主要包括输入端和输出端的保护。
在输入端,保护电路的设计主要是为了防止输入电压过高或过低、瞬时过流和输入短路等情况对变换器产生不利影响。
一般情况下,设计输入端的保护电路主要包括过压保护、欠压保护和输入限流等功能。
首先,过压保护是为了防止输入电压超过变换器的额定输入电压范围,对于Buck 型DC-DC变换器来说,一般输入电压范围是相对稳定的,因此可以通过过压保护电路检测输入电压,并在超过设定阈值时触发保护措施,例如通过断开输入电源或者切断输入端的电流流通路径等方式。
其次,欠压保护是为了防止输入电压过低而影响Buck型DC-DC变换器的正常工作。
一般来说,欠压保护可以通过监测输入电压并在低于设定阈值时触发保护措施,如停止输出电流或关闭整个变换器等方式。
最后,输入限流是为了防止输入电流瞬时过高而损坏Buck型DC-DC变换器。
输入限流电路主要通过设置合适的电流检测电阻和比较器等元件来实现,当输入电流超过预设阈值时,可以通过控制开关管或采取其他措施限制输入电流值。
在输出端,保护电路的设计主要是为了防止输出端负载短路、过载和过压等情况对Buck型DC-DC变换器产生不利影响,同时保护被供电电路不受损坏。
首先,负载短路保护是为了防止输出端负载短路时产生大电流对Buck型DC-DC 变换器和被供电电路造成损坏。
负载短路保护电路主要包括电流检测电阻、比较器和限流电路等元件,当输出电流超过设定阈值时,保护电路会采取相应的控制措施,如限制电流或断开输出电源等。
其次,过载保护是为了防止输出端负载电流过大而超过Buck型DC-DC变换器的额定输出能力,导致器件及电路故障。
新能源汽车功率电子系统中的电力电子变换器设计电力电子变换器是新能源汽车功率电子系统中的重要组成部分,其设计和性能直接影响到汽车的能效和可靠性。
本文将介绍新能源汽车功率电子系统中电力电子变换器的设计要点和关键技术,以及其在提高汽车性能和节能减排方面的应用。
一、电力电子变换器的作用电力电子变换器是连接电力源和负载的关键元件,其主要作用是将电能转换成适合负载要求的形式,并控制电流、电压等参数。
在新能源汽车中,电力电子变换器一般被用于电池充电、电动机驱动等功能中,是实现汽车动力输出和能量管理的核心装置。
二、电力电子变换器设计要点1.变换器拓扑结构的选择电力电子变换器的拓扑结构决定了其性能和适用场景。
常见的拓扑结构包括Boost变换器、Buck变换器、Buck-Boost变换器等。
在选择拓扑结构时需要考虑电压、电流及效率等方面的要求,同时还要考虑成本、体积和可靠性等因素。
2.功率开关器件的选择功率开关器件是电力电子变换器中的核心元件,直接影响到变换器的效率和可靠性。
常见的功率开关器件包括MOSFET、IGBT等,其选择需要考虑电压、电流承受能力以及开关速度等因素。
3.电流、电压传感器的设计电力电子变换器中需要对电流、电压等参数进行测量和控制,因此需要设计合适的传感器电路。
传感器的设计要考虑到精度、响应速度、电磁兼容性等方面的要求。
4.控制策略的设计电力电子变换器的控制策略直接影响到其输出性能和稳定性。
常见的控制策略包括PID控制、模型预测控制等。
在设计控制策略时需要考虑到系统的动态响应、稳态精度等要求。
三、电力电子变换器在新能源汽车中的应用1.电池充电系统电力电子变换器在新能源汽车的电池充电系统中起到了关键作用。
通过合适的变换器设计,可以实现对电池的快速充电和安全充电,提高充电效率和充电速度。
2.电动机驱动系统电力电子变换器在新能源汽车的电动机驱动系统中用于控制电动机的速度、转矩以及实现电机的启停等功能。
Buck降压电路原理1. 引言电力系统中,变压器常用来进行电压变换,但有时我们需要降低电压的大小。
这就需要通过使用降压电路来实现。
本文将详细介绍一种常见的降压电路,即Buck降压电路。
2. Buck降压电路概述Buck降压电路是一种非绝对稳定性的直流-直流降压转换器,用于将高电压直流输入转换为较低电压直流输出。
它是一种开关电源,使用开关管调节输入电压与负载之间的变换关系。
3. Buck降压电路原理Buck降压电路基于两个关键元件:开关管和电感。
当开关管关闭时,电感储存电能,并将其传输到负载上。
当开关管打开时,电感释放储存的能量,从而使输出电压减小。
3.1 开关管开关管用来控制电路的导通和断开。
在Buck降压电路中,一般使用晶体管作为开关管。
当晶体管导通时,电路通路打开,电感储存电能;当晶体管断开时,电路闭合,电感释放储存的能量。
3.2 电感电感是Buck降压电路的核心元件之一。
它可以储存和释放能量,用来平衡输入电压和输出电压之间的差异。
电感的参数选择对电路性能有重要影响,如电感的值、电感的质量等。
3.3 变压器降压电路中,变压器常用来实现电压转换。
在Buck降压电路中,变压器的作用是将输入电压转换为所需的输出电压。
变压器的设计与参数选择直接影响转换的效率和稳定性。
4. Buck降压电路的工作原理Buck降压电路的工作原理可以分为四个阶段:导通、反向恢复、关断和正向恢复。
4.1 导通在此阶段,开关管处于导通状态,电感储存电能,同时输出电压保持稳定。
在导通期间,电源的电能被转换为电感储存的磁能。
4.2 反向恢复当开关管关闭时,电感释放储存的磁能,造成电感两端的电压反向增加,此时开关管处于关断状态。
反向恢复的目的是回复电感初始状态。
4.3 关断在此阶段,开关管被断开,电感两端的电压继续上升。
同时,负载电容释放储存的能量,使输出电压稳定。
此时,电感释放存储的电能,维持输出电压稳定。
4.4 正向恢复当电感两端的电压超过输入电压时,正向恢复阶段开始。
基于LM5175的Buck-Boost车用开关电源设计周鹏飞;钟再敏【摘要】针对一款应用于新能源汽车的电机驱动控制器,设计了一种基于TI公司的电源芯片LM5175的4开关Buck-Boost开关电源.根据车载情况对电源的要求确定输入输出电压范围、电流范围、开关频率,进而选择合理的输入输出电容、电感、MOSFET等元器件,完成了电源芯片外围电路的搭建.绘制开关电源系统的伯德图对开关电源的工作稳定性进行分析,优化开关频率等参数.通过相同负载不同输入电压和相同输入电压不同负载的两组实验验证,开关电源可稳定输出目标电压以及开关电源效率.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)002【总页数】5页(P129-133)【关键词】LM5175;开关电源;Buck-Boost【作者】周鹏飞;钟再敏【作者单位】同济大学汽车学院,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TM564开关电源是利用电子技术,控制半导体功率器件的通断时间,将电源的一种形态转化成另一形态且维持稳定输出的一种电源[1]。
现代电子系统均需要电源,开关电源作为电源的一种,广泛应用于军工、科研、通讯等领域[2],在汽车系统中,开关电源的应用环境更加恶劣,车上的干扰源较多,例如继电器等,车上的功率器件工作时,发热较为严重。
因此,车用开关电源工作时,要有较好的抗干扰、耐高温的特性[3],并可稳定输出电压。
本文介绍了一种基于LM5175的电源芯片的Buck-Boost的开关电源。
此开关电源的设计目标:输入电压8~18 V;输出电压为15 V;输出电流为3 A。
根据电源的要求进行相关的数学计算,确定开关频率,选择合理的输入输出电容、电感、MOSFET等元器件[4],搭建好电源芯片的外围电路,并绘制伯德图对此开关电源的稳定性进行分析,优化工作频率等参数,最后进行实验验证此开关电源可稳定输出目标电压以及开关电源效率。
同步buck电路下管尖峰高的问题在同步buck电路中,管尖峰高是一个常见的问题,它可能会对电路的稳定性和效率造成影响。
在本篇文章中,我将会就此问题进行深入探讨,并共享我的个人观点和理解。
1. 同步buck电路的原理同步buck电路是一种常见的降压变换器电路,它通过控制开关管的开关状态来实现将输入电压降低到更低的输出电压。
与非同步buck电路相比,同步buck电路在效率和稳定性上有一定的优势,但也存在一些问题需要解决。
2. 管尖峰高的定义和影响管尖峰高是指在开关管由关断到导通状态时,管脚电压出现的高峰。
这种高峰可能会导致开关管的损坏,并且会对其他元件造成干扰。
管尖峰高的问题需要引起足够的重视。
3. 分析同步buck电路下管尖峰高的原因在同步buck电路中,管尖峰高的问题通常是由于电感和电容的特性导致的。
电感和电容在开关管切换过程中会产生能量的积累和释放,从而导致管尖峰高的出现。
开关管的参数和工作状态也会对管尖峰高产生影响。
4. 解决同步buck电路下管尖峰高的方法为了解决同步buck电路下管尖峰高的问题,可以采取一些有效的方法。
可以通过加入逆变二极管或者改进电路布局来减小管尖峰高的幅度。
选择合适的开关管和电感电容参数也是解决问题的关键。
5. 我对同步buck电路下管尖峰高的个人观点和理解在我看来,同步buck电路下管尖峰高是一个需要重视并解决的问题。
只有通过深入分析电路的工作原理,并针对具体情况采取合适的措施,才能够有效地解决管尖峰高的问题。
我也认为在实际工程应用中,需要注重对同步buck电路的设计和调试,以确保电路稳定可靠地工作。
总结通过对同步buck电路下管尖峰高的问题进行全面评估和探讨,我们可以更深入地理解这一问题的原因和解决方法。
合理地设计和调试同步buck电路,可以有效地避免管尖峰高所带来的问题,从而提高电路的稳定性和效率。
在文章的结尾,笔者总结了同步buck电路下管尖峰高的定义、影响、原因、解决方法及个人观点和理解,使读者全面、深刻和灵活地了解了这一问题。
buckboost升降压开关电路原理Buck-Boost升降压开关电路原理一、引言Buck-Boost升降压开关电路是一种常用的电源变换电路,可以将输入电压进行升压或降压,以满足不同电子设备的电源需求。
本文将介绍Buck-Boost升降压开关电路的原理及其工作方式。
二、Buck-Boost升降压开关电路的原理Buck-Boost升降压开关电路是一种非绝缘型直流-直流变换电路,通过开关器件的开关控制,实现输入电压的升压或降压。
其基本原理如下:1. Buck-Boost升降压原理Buck-Boost升降压电路是通过改变开关器件的导通和截止状态,使得输入电压可以在输出端实现升压或降压。
当开关器件导通时,输入电压通过电感储能,使得输出电压升高;当开关器件截止时,电感释放储能,输出电压降低。
通过控制开关器件的导通与截止时间比例,可以实现不同的输出电压。
2. Buck-Boost开关电路的工作周期Buck-Boost升降压开关电路的工作周期分为导通状态和截止状态两个阶段。
在导通状态下,开关器件导通,电感储能;在截止状态下,开关器件截止,电感释放储能。
通过控制开关器件的导通与截止时间比例,可以调节输出电压的大小。
3. Buck-Boost升降压开关电路的控制方法Buck-Boost升降压开关电路可以通过不同的控制方法来实现对输出电压的调节。
常用的控制方法有:(1) 周期控制:通过改变导通与截止时间比例来调节输出电压。
(2) 脉宽调制:通过改变开关器件的导通脉宽来调节输出电压。
(3) 调制比控制:通过改变导通时间与截止时间的比值来调节输出电压。
三、Buck-Boost升降压开关电路的优势Buck-Boost升降压开关电路具有以下优势:1. 宽输入电压范围:Buck-Boost电路可以适应较宽的输入电压范围,适用于不同的电源输入。
2. 高效率:开关器件的导通和截止状态可以实现能量的储存和释放,减小了能量损耗,提高了整体转换效率。
汽车电子系统降压型BUCK变换器的设计技巧目前高频高效的DCDC 变换器在汽车电子系统中的应用越来越多。
高的开关频率可以使用较小的功率电感和输出滤除电容,从而在整体上减小的系统的尺寸,提高系统的紧凑性,并降低系统的成本;高的工作效率可以提高汽车电池的使用时间,降低系统的功率损耗,从而减小系统的发热量,优化系统的热设计,并进一步提高系统的可靠性。
但高的开关频率会降低系统的工作效率,因此在设计时必须在开关频率和工作效率之间作一些折衷处理。
本文主要针对DCDC 降压型BUCK 变换器应用于汽车电子系统时,探讨包括上述问题在内的一些设计技艺和注意事项,而且这些问题往往是工程现在设计时容易忽略的细节。
1 实际的最小及最大输入工作电压1.1 开关频率开关频率必须在效率,元件的尺寸,最小的输入与输出电压差,最大输入电压之间进行折衷处理。
高的开关频率可以减小电感和电容的值,因此可以使用较小体积和尺寸的电感和电容,并降低成本。
但高的开关频率会降低效率,并降低实际的最大的工作输入电压,以及要求更高的输入输出电压差。
最高的开关频率可以由下式计算:其中: f S(MAX )为最大的开关频率,tON(MIN) 为开关管要求的最小的导通时间,VD 为续流二极管的正向压降,VOUT 为输出电压,VIN 为正常工作的输入电压,VDS (ON ) 为开关管的导通压降。
上式表明:t ON(MIN) 一定时,低的占空比要求更低的开关频率才能保证系统安全的操作。
同样的,低的开关频率允许更低的输入输出电压差。
输入电压依赖于开关频率的主要原因在于PWM控制器的具有最小的开通t ON(MIN) 和最小关断时间tOFF(MIN) 。
如果其取值为150ns,也就是说开关管开通时导通时间至少要持续150ns ,低于150ns 可能导致MOSFET无法正常的开启;同样的,开关管关断时关断的时间至少要持续150ns,低于150ns可能导致MOSFET 无法正常的关断。
这意味着最小的占空比和最大的占空比为:上式表明:开关频率降低时占空比的范围增加,优化的开关频率必须保证系统具有足够的输入工作电压范围,同时使电感和电容尽量的小。
1.2 实际的最大输入工作电压通常芯片的输入电压有一定额定的工作电压范围,除了额定的工作电压的限制,实际的输入工作电压还要受到其它一些条件的限制。
最小的实际输入工作电压通常由最大的占空比来决定。
BUCK 变换器的占空比为:在输入电压最高时,占空比最小。
最大的实际输入工作电压由PWM控制器最小的占空比决定:如果输出在起动或短路的工作条件下,输入的电压必须低于以下的计算结果:由此可知:低的开关频率可以在更高的输入电压时安全的操作。
最短导通时间t ON(MIN) 是每个控制器能够接通高端MOSFET的最短持续时间。
它由内部定时延迟以及接通高端MOSFET所需要的栅极电荷量决定。
低占空比的应用可以接近该最短导通时间限制,并应注意确保:如果输出的电压处于调节的状态,系统也不是起动和短路状况,输入电压大于允许的实际最大输入工作电压,系统仍然可以工作,而与工作频率无关。
在这种状况下,占空比降到最短接通时间能调节的水平以下,控制器将开始进入跳脉冲工作方式,即一些脉冲将被跳掉以维持输出电压的调节,此时输出的电压和电流纹波比正常工作状态时输出的电压和电流纹波大。
通常,当峰值检测电压下降时,每个控制器的最短接通时间将逐步增加,如在轻负载条件下,最短接通时间将逐步增加,在具有低纹波电流的强制连续操作应用中这一点特别重要,在这种情况下占空比降至最短接通时间限制以下,就会发生明显的跳脉冲现象,电流和电压的纹波会明显的的增加。
另外,电感的饱和电流通常取输出电流的1.3倍以上,对于一些恶劣的工作条件如起动和输出短路以及高的输入电压,电感的饱和电流必须取更大的值,以保证系统安全的工作。
通常开关频率是固定,但是一些使用外部电阻设置开关频率的同步BUCK 控制器可以加一个稳压管Z1 和限流电流R1 实现在输入电压增加时,降低开关频率,从而扩大输入电压的范围,如图1 所示。
图1:高输入电压时降频工作电路这个电路带来的问题时,在高输入电压时,由于频率降低,而电感值又一定,所以输出的电流和电压纹波增加。
频率在较宽的范围内变化,电感无法优化的工作,环路的补偿无法优化。
通过增加稳压管Z2 和限流电流R2 来设定系统的最低工作频率,从而限制频率变化的范围。
1.3 实际的最小的输入工作电压在输入电压最低时,占空比最大。
使用同步BUCK 控制器,最小的实际输入工作电压由PWM 控制器最大的占空比决定:最小工作电压与最小关断时间t OFF(MIN) 的关系为:由上式可知:t OFF(MIN)一定时,高的开关频率将增加实际的最小的输入工作电压。
若要更低的输入工作的电压,可以使用低的开关频率。
在一些同步BUCK 控制器中,当输入和输出的压差降低到一定的值时,系统将进入占空比为100%的全导通或LDO 控制方式。
2瞬态最大峰值输入电压随着电池供电设备越来越多进入移动应用领域,人们使用汽车的点烟器接通电源以使电池组在汽车行驶期间储存电能甚至再充电。
但接通前,注意:在接通到极恶劣的电源上,汽车内的主电源电缆产生一些潜在的瞬变,包括负载突降及电压电压倍增。
负载突降是电池电缆松动的结果。
当电缆连接中断时,交流发电机中的磁场会会产生一个高达60V 的正尖峰电压,它能在几百毫秒中衰变。
电池电压倍增是24V跳跃式起动时性能比12V 更快让冷车发动的结果。
图2 是保护DCDC 转换器不受汽车电源线损坏的最简单直接的方法。
瞬态抑制器在负载突降期间对输入电压进行箝位。
注意:瞬态抑制器不应在双倍电池电压操作时导通,但仍必须将输入电压箝位在转换器的击穿电压之下。
图2:输入TVS 保护电路陶瓷电容的尺寸小,阻抗低,工作的温度范围宽,很适合应用汽车电子中BUCK 变换器的输入端旁路电容。
但是在BUCK 变换器的输入端插入工作的电源时,即热插入,如汽车的点烟器,这些陶瓷电容会产生应用的问题:低损耗的陶瓷电容与连接线的杂散电感由低阻抗的电源形成欠阻尼谐振环,产生振荡,在BUCK 变换器的输入端产生二倍的输入电源电压的尖峰,从而超过BUCK 变换器的输入端允许的额定电压,损坏器件。
在这种工作条件下,必须设计输入的吸收网络阻止输入电压的过冲尖峰。
下面的的波形展示了BUCK 变换器由一根6 英尺的双绞线连接到24V 电源时的波形。
图3 是输入仅加4.7uF 陶瓷电容的响应。
输入电压的振铃的峰值为50V,输入电流的峰值为26A。
图3:输入仅加4.7uF陶瓷电容的响应使用阻尼振荡可以降低峰值的电压,形成阻尼振荡有二个方法:①输入的陶瓷电容增加一个串联电阻;②使用电解电容。
铝电解电容有高的ESR,可以形成阻尼,减小振荡的过冲;其电容可以滤除低频的纹波,此外,对系统的效率稍有提高。
只是其体积相对较大。
图4为一个22uF的电解电容和一个4.7uF的陶瓷电容并联加在输入端时的响应,陶瓷电容滤除高频纹波。
输入电压的峰值明显降低。
图4:输入为22uF电解电容并联4.7uF陶瓷电容的响应在输入端加一个0.7欧姆的串联电阻也可以减小电压过冲,同时减小峰值的电流,0.1uF小的陶瓷电容滤除高频纹波。
如图5(a)所示。
与电解电容方法相比,这种方法体积小成本低,在高的输入电压时对系统的效率影响并不大。
但输入电压相对较低时,系统的效率略有降低。
(a)(b)图5:输入加串联电阻的响应3 散热设计功率MOSFET 选择标准中包含导通电阻R DS(ON ) ,密勒电容C MILLER ,输入电压和最大电压和最大输出电流。
CMILLER 可由MOSFET 的产品数据手则给出的栅极充电曲线近似求出。
C MILLER 等于栅极电荷沿横轴的增加,而曲线大约由VDS 的规定变化水平分割,然后由此结果与应用中施加的VDS 和栅极的充电曲线规定VDS 比值相乘。
工作CCM 时高端和低端的MOSFET 占空经由下式给出:主开关管占空比:D = VOUT /VIN。
同步开关管占空比:V IN -VOUT /VIN 。
最大输出电流条件下MOSFET 的功耗由下式给出:式中:δ是R DS (ON ) 的温度系数,R DR约为4 欧姆,是在MOSFET 密勒门限电压条件下有效驱动电阻,V THMIN是典型的MOSFET 的最小门限电压。
两个MOSFET 均具有I2R 损耗,而高端N 沟道的公式中包含一个用于计算转换损耗的附加项,这在高输入电压条件最大。
当VIN<20V时采用较大的MOSFET 通常可提高大电流的效率,而当VIN>20V 时转换损耗迅速增加。
这时采用具有较高R DS (ON )器件和较低 C MILLER实际上可提供更高的效率。
同步MOSFET 在高输入电压下,当高端工作于低占空比时或短路期间,同步管接近100%时间里处于导通状态时,此时损耗最大。
1+δ 项通常以一个归一化的R DS (ON ) 与温度的关系曲线形式提供给MOSFET,但对于低压MOSFET,δ =0.005/℃可被用作一个近似值。
肖特基二极管在两个功率MOSFET 导通期间的死区导通,可以防止低端MOSFET 的体内二极管导通,在死区时间储存电荷,形成反向恢复。
在高VIN 条件下会导致效率减小至少3%。
由于流过的平均电流相对较小,因此采用1 或3A 的肖特基二极管是一个较好的方案。
较大的二极管因其具有的结电容较大故会产生额外的转换损耗。
效率与芯片的最高工作温度相关。
汽车电子所用的芯片通常为I或H级,对于I级,芯片的结温必须小于125°C,对于H级,芯片的结温必须小于150°C。
对于许多单芯片的BUCK控制器,在低的环境温度下,结温一般不是问题。
但对于I级,环境温度高于85°C时,必须小心仔细的进行电路的设计以保证芯片能够充分的散热。
对于H级,环境温度高于125°C时,必须对最大的允许工作电流进行降额设计。
结温通过芯片的功率损耗乘以结到环境的热阻Rja进行计算。
满载时芯片的温升几乎完全不依赖于输入电压,不加散热器时,热阻取决于PCB的设计。
在单芯片底部通常有一个裸露的衬垫,因此设计PCB时必须在对应的位置也相应的制作这样的一个大铜皮焊盘,同时这个大焊盘通过一些过孔连接到其它的地层平面,以利于散热。
4 输入短路和反接保护如果电感的饱和电流足够大,BUCK控制器短路时由于具有短路保护功能,因此不会产生损坏。
在一些电池充电系统中以及用电池作备份的系统中,电池以及其它的一些电源通过二极管以“与”的形式一起共同连接到BUCK控制器的输出端时,当BUCK控制器输入端断开时,输出端仍有高的电压。
注意到BUCK控制器通常有一个/SHDN管脚到控制系统的工作与关断,低电平有效,通常以作SS软起动功能。