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为特定应用选用合适的稳压器(3):元件选择

上网日期: 2015年09月16日 ?? 作者: Don Corey ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:DC-DC转换器? 电感? 陶瓷电容? 仿真设计?

引言

关于电源稳压器的系列文章由三部分组成,本文为第三部分。在第一部分中,我们讨论了稳压器的控制方式,介绍了电流模式(CM)和电压模式(VM)控制方式之间的主要差异;在第二部分,我们讨论了脉冲频率调制、迟滞型和恒定导通时间控制方式。至此,我们已经理解了不同转换器类型的基本原理,接下来开始最后第三部分的讨论。本文中,我们将介绍一些稳压器示例,包括了从元件选择到实际设计的过程。

设计DC-DC转换器的基本公式

在我们讨论器件选择及仿真设计示例之前,理解选择开关模式转换器的电感和电容所需的一些基本公式非常重要。

电感选择


对于该设计,最常见的标准值为5.6μH或6.8μH。电感值为6.8μH时,标称峰-峰电流为0.72A。所以,电感中的峰值电流将为2.7A + 0.5 × 0.72A = 3.06A。选择电感时,额定饱和电流非常重要。ISat(A)额定值必须大于降压型开关电源的最大电流限值。MAX17504为3.5A稳压器,可考虑用于该设计。从器件的数据资料可知,其最大电流限值为5.85A,所以电感的ISat(A)额定值必须大于5.85A。

选择电感时需要考虑的其它重要参数还有直流串联电阻(DCR)。由于DCR引入功率损耗,设计者需要在电感尺寸和效率之间进行权衡。还需要考虑磁芯损耗等其他功率损耗。描述电感额定电流的参数有连续电流(IRMS)和峰值电流(ISat(A))。IRMS常指电感温度上升40°C对应的直流电流。ISat(A)为电感量降低5%~50%对应的电流值。参考部分所列的“Estimate Inductor Losses Easily in Power Supply Designs”是一篇很好的文章,是理解电感中 功率损耗的极好参考。我也发现有许多免费的在线电感设计工具非常有用。Vishay提供一款极好的在线式工具,可登录其网站使用。该工具可计算电感中的所有功率损耗。图1所示为该工具基于以上例子提供的结果。Coilcraft,也提供一些非常有用的在线工具,可帮助您选择电感值以及计算功率损耗。

为特定应用选用合适的稳压器(3):元件选择(电子工程专辑)
图1. Vishay电感计算工具显示的结果。感谢Vishay Intertechnology, Inc授权使用图片。

电容选择

我们首先简要讨论一下三种类型的陶瓷电容:I类、II类和III类,其中I类还包括常见的CGO (NPO)电容。最常见的类型有X5R、X7R和Y5V。在为开关电源选择陶瓷电容时,理解这些类型之间的差异非常重要。电容的一个特性是电容值随温度而变化。在设计时需要引起重视。表1是陶瓷电容供应商网站上提供的数据,从中可清晰看出电容随温度的变化。

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表1. 电容随温度的变化

除温度之外,实际的电容值还随所加直流偏压变化。图2所示的曲线摘自于Maxim Integrated公司提供的介绍如何选择陶瓷电容的设计指南5527,印证了我们的观点。我强烈推荐读者花一些时间仔细阅读该实践指南,该指南包含有价值的应用数据和设计范例!

为特定应用选用合适的稳压器(3):元件选择(电子工程专辑)
图2. 4.7μF电容温度变化与直流电压的关系。

第2页:选择输入和输出电容实践指南

第3页:器件选择之查找稳压器

第4页:仿真设计方案


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