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類似于做產品之前必須有產品定義,在進行電路設計之前也必須有設計需求(相當于產品定義),是對最終設計出的電路,其各項指標的期望。
圖 5.1 TPS54561DPRT參考電路原理圖
比如TPS54561器件的數據手冊給出的參考電路(圖5.1所示),就是在一定設計需求之下得到的;否則,沒有設計需求的參考電路是沒有意義的,電路想要達到什么樣的目標也是不明確的。
表5.1就是設計一個BUCK電路所需要的一些參數。
參數說明如下:
(1)輸入電壓通常工作在典型值,但是需要支持一個電壓范圍;此例中的典型值為12V,支持的輸入電壓范圍是7.0V到60V。
(2)輸入端和輸出端紋波電壓大小,目標值通常分別設定為最大輸入電壓和輸出電壓的0.5%即可。
(3)如果是降壓型開關轉換器,其最大輸出電流通常由規格書給出,且不可調整該值的大小。
如果是降壓型開關控制器,則可以通過選擇過流能力更大的外部開關管MOSFET器件,從而實現更大的輸出電流。
所以,基于負載電流這個參數來看,降壓型開關控制器電源電路比降壓型開關轉換器電源電路更靈活些。
(4)輸入電壓線性調整率,也稱電壓調整率,是指在額定負載電流時,由輸入電壓變化引起的輸出電壓變化量與額定輸出電壓的比值,通常使用百分比表示,如0.3%。
該數值越小,表示輸出電壓穩定性越好,是開關電源電路設計特性是否良好的評價指標之一。
(5)輸出電壓負載調整率(Load regulation of Output Voltage),簡稱負載調整率,也稱電流調整率,是指在額定輸入電壓時,由負載電流變化引起的輸出電壓變化量與額定輸出電壓的比值,通常使用百分比表示,如0.2%。
該數值越小,表示輸出電壓穩定性越好,是開關電源電路設計特性是否良好的評價指標之一。
(6)針對動態響應的要求,當負載從1.25A到3.75A(即電流變化量為2.5A)時,輸出電壓的變化量不超過其典型值的4%,即4%*5.0V=0.2V。
(7)電流紋波系數,通常直接取0.3即可;可參考“《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》3.3.2 電流紋波系數”章節相關內容。
(8)電感紋波電流理論值,等于電流紋波系數與最大負載電流的乘積。在此例中,0.3 * 5 A = 1.5 A。
(9)與輸入端和輸出端紋波電壓的設計指標類似,輸出端浪涌電流大小通常可以控制為最大負載電流的5%;或者根據輸出端負載特性確定。
支持外部可配置軟啟動功能的降壓電路,才需要確定“輸出端浪涌電流”這個參數指標,進而反向計算出應該配置多大的軟啟動電容(參考《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“5.11 軟啟動與浪涌電流抑制”章節)。
例如,同步降壓轉換器芯片TPS54335ADDAR就是內置了2 ms的軟啟動時間,不支持外部可配置;而相同系列的TPS54336ADDAR則提供了SS引腳,支持外部可配置軟啟動時間功能。
(10)輸出電壓,是期望的輸出端電壓大小。
(11)輸出端紋波電壓大小(Output Ripple Voltage),是預設的輸出端紋波電壓大小,后續需要通過參數設計,保證不超過預設的輸出端紋波電壓大小。
(12)欠壓保護的停止輸入電壓VIN(stop),通常配置為等于輸出電壓即可。欠壓保護的開始輸入電壓VIN(start),是指發生了欠壓保護后,輸入電壓需要大于等于該參數時,電路才開始啟動,重新恢復工作。該參數通常配置為大于輸出電壓1V到3V范圍即可。
參考《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“5.12.5 受控使能/非能和 UVLO 閾值設置”章節相關內容,在實際電路應用中,欠壓保護的開始輸入電壓的最小值等于輸入電壓最小值。
(13)欠壓保護的開始輸入電壓 VIN(start),當輸入電壓小于值時,芯片將關斷以保護后級電路,該行為稱為UVLO(Under Voltage Lock-out)。
(14)開關頻率(Operation frequency),開關電源工作在CCM模式下的頻率大小,通過專用引腳配置。
(15)轉換效率(Efficiency),降壓電路的轉換效率,輸出功率占輸入功率的比值,越大越好。
一言以蔽之,“設計需求”就像我們的努力目標,有了目標才能更好地出發。
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