BUCK降压的原理简介

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外接电容的计算和选择
G5626P11U的设计参数： 输入电压：5.0V 输出电压：1.8V / 2.0A 输出纹波：20mV
ΔI
C=
Peak =
0 . 524
= 3 . 275uF
8
*
f
*
ΔV o
8 * 1MHz * 20mV
通常需要选择更大的电容以满足纹波电流的需要，和因电容ESR产生的影响 10uF或22uF是被建议的。
外接电感的计算和选择
G5626P11U的设计参数： 输入电压：5.0V 输出电压：1.8V / 2.0A 输出纹波：20mV
根据临界电感公式计算电感的最小值：0.288uH 但为减小输出纹波和电感上的PEAK电流，实际应用通常使
ΔIL＝20％Iout
计算可知，此时电感值为2.88uH
选择2.2uH或3.3uH都是可以的，这里我们选择电感为2.2uH
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串联式开关电源
1-2-1．串联式开关电源输出电压滤波电路
L
Uo eL、iL
Uo
D
C Uc R Uo
图1-2
在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由 反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流 二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。
因多数电源输出都是直流电压，因L 此，输出电路都带有整流滤波电路。
K
Uo eL、iL
Uo
Ui
D
C Uc R Uo
L是储能滤波电感
图1-2
作用：Ton周期时，限制大电流通过，防止Ton时输入电压直接加到负载R上，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能 量存储。 Toff周期时,磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出
方面可增加電容量。 ■選擇電容必須注意溫度特性以及頻率特性。 ■電容所能承受的電壓以及交流電流也必須考量。
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内置开关FET、同步降压型DC/DC (G5626P11U设计实例）
GMT FAE ：Billy.Chen
G5626P11U的主要特点
高效率 输出电流 输入电压范围 工作频率 无需续流二极管
：最大94％ ：最大2.0A持续工作电流 ：2.5V TO 5.5V ：1MHz
低压差状态下工作
：支持100％占空比
高精度基准电压
：0.8V± 2%
➢电容器的种类 无论是输出电容还是输入电容，使用陶瓷电容对于ESR的减小和小型化十分
有利，但是电源电路是发热源，因尽量选择温度系数较好的陶瓷电容。
X7R和X5R是被建议的，在输入和输出部分的应用。
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串联式开关电源
1-2-1．串联式开关电源 的工作原理
K
Uo Ui/Up
Ua
Ui
R Uo
0
Ton Toff
t
T
图1-1 b
图1-1 a
串联式开关电源输出电压的波形
Ui是开关电源的工作电压，即直流输入电压
(1-D)Tsw Cout
L
O A
Vout
D
Vin
HS
IHS
IL
DH
IL
ILOAD
SW
LS
DL
ILS+ID
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IL(+) IL(-)
IL
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输出电感的选择（ΔIL）
∵
∴
IF
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同步降压 VS. 非同步降压
对于更高负载电流的应用时，同步模式具有比非同步BUCK更高的效率 但同步模式需要解决一个OVER-SHOOT的问题， OVER-SHOOT就是Q1、Q2同时导通，此时Vs将产生一个很大的瞬间电流，这是不容许发生 的
Q1
Q1
+
+
L
L
+
+
C
R
输出电容的选择（Cout）
Vin
HS DH
SW
L DCR Rsense
DL LS
ESR Cout
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L
O Vout
A D
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输出电容的选择（Cout）
■ 選擇電容除了容值計算之外必須考慮ESR的大小。 ■為了降低ESR我們可以將電容並聯使用，一方面降低ESR；一
Continuous Mode VS. Discontinous Mode
在大多数BUCK应用中，电感电流在整个负载工作周期中都不会降到0点。 但在一些应用中，最大负载非常轻时，设计在非连续模式可以使用更小的电感值
VD1 0D
T 1-D
VL
Vin-Vo
0
-Vo
IL
Io
Io
0
IS
0
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输出电容的选择（Cout）
■LC串聯諧振現象
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输出电容的选择（Cout）
∵
∴ But…
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Ua是开关电源输出电压平均值
K是控制开关
R是负载
Ua Ui Ton D *Ui
K导通输出Up/Ton(Up=Ui)K截止Up/Toff(Up=0)
T
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串联式开关电源
1-2-1．串联式开关电源输出电压滤波电路
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输入电容器的设计考量
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输入电容器的设计考量
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当电感为2.2uH时，计算ΔIL为：
ΔI = (Vin-Vout)*D = (5-1.8)*(1.8/ 5 ) =0.524A
Peak
Lf
2 . 2uH * 1MHz
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外接电感的计算和选择
C
Vs
D1
+
Q1 Turn ON
R Vs
-
VD1 0D
T 1-D
VL
Vin-Vo
0
-Vo
IL
Io
0
Io
Vs
IS
0
连续模式下的BUCK电路各点波形
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+
L
+
C
R
D1
-
Q1 Turn OFF
+
L
+
C
R
D1
-
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Vout=D*Vs
0 t
V o
=
1 Ts
fv o
(
t
)
dt
=
D
V s
1
D
D= Vo Vs
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输入电容器的设计考量
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C
R
Vs
Vs
D1
-
-
同步降压
非同步降压
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降压型转换器DUTY的确定
Q1 Vs
L
+
C
Vsw(t) Vs
Q1
+
+
L
+
R Vs
C
R
D1
-
-
Vo Vs
0
DTs
Ts
Fs=1/Ts=switching frequency
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输出电感的选择（L）
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输出电容的选择（Cout）
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C是储能滤波电容
作用：Ton周期时，把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，Toff周期时，把电荷转化成电流继续向负载R提供 能量输出
D是整流二极管
作用：主要功能是续流作用，故称它为续流二极管， Toff周期时，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
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对于图1-2，如果不看控制开关K和输入电压Ui，它是一个典型的反г 型滤波电路， 它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。
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BUCK Convertor 基本操作
Q1
L
+
PCB Layout需特别注意的地方
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∵ ΔI
=
(Vin
-
V out
)*
D
=
(
5
-
1
.
8
)*(
1
.
8
/
5
)
=
0
.
524A
Peak
Lf
2. 2uH * 1MHzHale Waihona Puke Baidu
∴
ILMAX
=
Iout
+
Δ
I Peak
=
2
.
524A
根据上述的计算结果，电感选择感量为2.2uH；耐电流需大于2.524A
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断开模式下的耗电流
：20uA
内置开关FET
：P MOS : 0.116 ；N MOS : 0.093
采用电流模式，输入和输出瞬态响应快
内置过温保护 封装
：160 ： SOP-8
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BUCK DC/DC Convertor
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几种基本类型的开关电源
1-1．几种基本类型的开关电源
开关电源： 利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控 制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压 进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
输入电容器的设计考量
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输出电感的选择（ΔIL）
VL=Vin - Vout
+
-
IL(+)
L Rsense
L
Vin
DTsw Cout
O A
D
VL= - Vout
+
-
IL(-)
L Rsense
开关电源一般有三种工作模式：1. 频率、脉冲宽度固定模式，2. 频率固定、脉冲宽 度可变模式，3. 频率、脉冲宽度可变模式。 DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换多采用第一种工作模式。
以开关器件在电路联接方式分类：1.串联式开关电源（BUCK）、2. 并联式开关电源 （BOOST）、3. 变压器式开关电源 （BUCK－BOOST）。