Buck电源设计和电感电容参数介绍

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buck,boost,buckboost是最基本的3种DCDC拓扑,在消费类电子产品当中是最常用的,这里我们来介绍buck的电路设计。

1.BUCK电路公式计算

buck,boost,buckboost的最基本分析原理都采用伏秒平衡原理:电感在导通和关断时,其电流的变化量相等,即Von*Ton=Voff*Toff=L*ΔI。下图我们常用的降压型DCDC buck拓扑。

BUCK电路公式计算

在不考虑带有寄生参数的RLGC模型的情况下,一般我们的计算步骤如:

1)Von*Ton=Voff*Toff –>Vo=D*Vin(占空比D在输出电压设置时已决定)

2)输出电感L1计算:Von*D/f=L1*ΔI(ΔI为所允许的电感纹波电流)

3)输出电容Co计算:ΔU=ΔQ/C=CI*T/8C(ΔU为所允许的输出纹波电压)

2.环路稳定性

上面是开环分析的拓扑,而我们DCDC实际的拓扑是闭环,所以要分析环路稳定性。前面LDO电源也提到,如果没有芯片的内部参数或者有增益相位分析仪。非原厂的硬件设计人员是很难保证环路稳定性的。幸好像TI这种国际大厂会在手册上给出计算公式,不需要自己去分析环路,大家直接使用TI给出的计算公式就可以了,自己去计算反而会出问题。

2.环路稳定性

3.贴片电感参数

电感在应用分类有很多,比如大功率电感,共模电感,变压器,高频变压器,磁珠等。我们在手机,平板电脑的DCDC电源设计中最常用到的电感就是“贴片功率电感”,那大家如何保证选择的“贴片功率电感”是可靠的?

3.贴片电感参数

假设通过计算也好还是参考原厂设计也好,我们已经知道了电感值。那我们怎么去选型呢?下面是村田的“贴片功率电感”关键参数。 

村田的“贴片功率电感”关键参数

1)体积:由产品对电感体积的取值要求决定,一般体积小电流也小。

2)电感值:计算或参考原厂设计。

3)测试频率:此频率下对应的参数,应用时最好在此范围内。

4)额定电流:此数值表示的意义有两种:一种是基于温度上升到某一限制时对

应的电流,另一种是磁饱和时的电流。我们应用时不超过此值为OK。

5)直流电阻:此为电感本身的损耗电阻,越小越好。

6)自振频率:无论是电感还是电容,都存在寄生参数。需要用RLGC模型去分

析,也就是存在自振频率。

电感模型

4.贴片电容参数

电容按材质分类可以分为:电解电容、钽电容,云母电容、纸质电容、瓷片电容等。在电路中经常应用的场合有:储能,去耦,滤波,隔直流等。我们电源中常见的是“贴片陶瓷电容”和“钽电容”。

贴片电容参数

在确定了电容容值之后,我们在选型的时候要注意下面的参数。

1)封装:如0201、0402、0603、0805等,具体根据产品需求。

2)容量:容值大于我们需要的值并留有余量。

3) 误差精度:贴片电容的容量误差,分别为:D档0.5%;F档±1%;J档

±5%;K档±10%;M档±20%。

4)温度系数:温度每变化1℃电容容量的变化量。

5)损耗角正切:有功功率与无功功率之比tanδ= Resr/(1/wc)。代表电容的损

耗,越小越好。

和贴片电感类似,无论什么类型的电容,我们都用RLGC模型来分析。

7. RLGC模型

 

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