高效率开关电源设计实例VIP免费

第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共10页高效率开关电源设计实例--10W同步整流Buck变换器以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。10W同步整流Buck变换器应用此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck变换器)。在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。设计指标输入电压范围：DC+10～+14V输出电压：DC+5.0V额定输出电流：2.0A过电流限制：3.0A输出纹波电压：+30mV(峰峰值)输出调整：±1％最大工作温度：+40℃“黑箱”预估值输出功率：+5.0V*2A=10.0W(最大)输入功率：Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W功率开关损耗(11.1W-10W)*0．5=0.5W续流二极管损耗：(1l.lW-10W)*0.5=0.5W输入平均电流低输入电压时11.1W／10V=1.1lA高输入电压时：11.1W／14V=0．8A第2页共10页第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共10页估计峰值电流：1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A设计工作频率为300kHz。电感设计(参见正激式滤波扼流圈的设计)最恶劣的工作情况是在高输入电压时。式中Vin(max)——可能的最大输入电压。Vout——输出电压。Iout(min)——最小负载时的电流。fsw——工作频率。电感是个环形表面封装元件，市场上有多种标准表面封装的电感，这里选择的是Coileraft公司的D03340P-333(33μH)。功率开关和同步整流器MOSFET的选择功率开关：功率开关要用一个变压器耦合的N沟道功率MOSFET。这里打算使用一个S0-8封装的双N沟道MOSFET，以节省PCB空间。最大输入电压是DCl4V。因此，可以选用VDSS不低于DC+30V、峰值电流是2．8A的MOSFET。选择过程的第一步是确定所用MOSFET的最大RDS（on），通过热模型可以确定这个值，最大的RDS(on)可由下式得到：同时希望器件的耗散功率小于1W，所以估计的RDS(on)应小于所以选FDS6912A双N沟道MOSFET，它是S0-8封装，10V栅极电压时的导通电阻为28mΩ。同步二极管：要用一个大约是同步MOSFET连续额定容量的30％的肖特基二极管与MOSFET内部二极管并联，30V时约为0．66A。这里使用MBRSl30，该二极管在流过0．66A时有0．35V的正向压降。可替换的元件：在写本书时，仙童半导体公司出品了一个集成的肖特基二极管和MOSFET，肖特基二极管直接并在MOSFET的硅片上(syncFET)。SyncFET有一个40mΩN沟道MOSFET，与一个28mΩSyncFET一起封装，型号为FDS6982S。输出电容(参见输出级的设计)第3页共10页第2页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共10页输出电容值由下列公式确定：输入和输出滤波电容主要考虑的是流入电容的纹波电流。在这个实例中，纹波电流和电感交流电流是相同的，电感电流最大值限定在2．8A，纹波电流峰峰值为1．8A，有效值大约为O．6A(约为峰峰值的1／3)。采用表面安装钽电容，因为它的ESR只有电解电容的10％～20％。在环境温度+85。C=时，电容将降额30％使用。最佳的电容是来自AVX公司的，它的ESR非常低，因此可以适应很高的纹波电流，但这是很特殊的电容。在输出端可将下列两种电容并在一起。AVX：TPSEl07M01R01501OOμF(20％)，10V，150mΩ，O．894A(有效值)TPSE107M01R0125100／μF(20％)，10V，125mΩ，0．980A(有效值)Nichicon：F750A107MD100μF(20％)，10V，120mΩ，0．92A(有效值)输入滤波电容(见功率因数校正)这个电容要...