工作总结---BUCK电路（1）

fallen · 发表于 2014-6-18 18:55

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本帖最后由 fallen 于 2014-6-18 19:09 编辑

  最近工作不多，特总结一下这些年的工作。
  首先总结用的最多的电源IC  buck  AP3502E
1 软启动
AP3502E的PIN8为SS，意思就是soft-start-软启动。那么什么是软启动呢，软启动就是使得输出电压慢慢上升到固定值，目的很简单就是为了降低上电瞬间各器件的应力。图片如图1

  通常的设计在SS脚处接一个电容Css到GND。原理为给Css一个固定的充电电流，充满电压为0.925V。根据基础知识Q=CV,Q=It,可以很方便的计算出Css=(t*I)/V，其中I=5uA,V=0.925，整个渐变的过程所花的时间为t，一般我们在这个地方接100nF电容，计算出来为18-20ms。需要注意的是，这个地方还可以用来做分功率处理，比如电源瞬间负载能力不够，我们可以加大Css的值，也就是延长渐变过程。

2 介绍几个BUCK DC-DC常用的词汇
OCP：over current protection  过流保护，一般为检测峰值电流，AP3502E的峰值电流检测点为3.5A，03E的检测点为5.6A。在设计的时候需要严格注意此。
OVP：over voltage protection 过压保护，这里指的是DC-DC的输出过压保护。当反馈点的电压大于1.1V（AP3502E）或者1.3V(AP3503E)的时候，功率开关管全部关断，当过压现象消失后，芯片重新恢复工作。
SCP：short current protection 短路保护，短路后，FB的电压会检测到小于0.3V，这个时候会触发短路保护功能，系统的工作频率降低到90K来保护IC，当此现象消失后，芯片重新恢复工作。
OTP：over tempeture protection 过温保护，主要是防止IC的结温度过高，当IC的结温超过160°C的时候，IC关闭内部功能与所有的MOSFET管，当此现象消失并且温度降低到130或者140°C的时候，芯片才恢复正常工作。
  UVLO：under voltage lock out  欠压保护，当输入的电压低于最小输入电压的时候，IC将不会工作。

3 电感的计算
这里我们首先要设计电感。因为在设计的电感值决定了输入与输出电容的选择。我们一般常用的是12V TO  5V  以及12V TO 3.3，下面以12V TO 5V来做详细的介绍。
（1）首先需要考虑的是最大输入电压VIN，由于12V的稳定系数在10%，所以我们取VIN=13.2V来计算，后面将会说明为什么要取最大值。
（2）VOUT=5V或者5.2V（如果要接移动硬盘的话），这个影响都不太大。
（3）假设工作在CCM的模式下，电感的纹波电流是连续。
（4）根据电感电压与电流的定义V=Ldi/dt，取无源符号约定，得到VIN-VOUT=Ldi/dt，其中di为纹波电流，纹波电流我们一般假设为0.1-0.4的IOUTMAX，在此我们计算IOUTMAX=2A，并取纹波系数为0.4。
（5）dt为导通的时间，根据能量守恒可的dt=VOUT/(VIN*F)，其中F为开关的频率=340K。
（6）带入到电感的电压与电流的关系公式中，得到L=[VOUT*(VIN-VOUT)]/(VIN*F*IOUTMAX*0.4)，这个是满足CCM条件下，最小的电感量，实际上需要的电感量必须大于此电感量。可以自己在EXCEL里面做好公式来计算，带入数值，最后的计算结果为L=11.4uH。这个时候我们可以适当的加大电感量并取标称值15uH.
   (7) 注意到，如果把L看成是VIN的函数（VIN为自变量），那么对于这个函数求导，发现此导函数大于0，所以是单调递增，也就是说VIN越大，所需要的最佳电感量也越大。所以我们计算的时候要按照最大的输入电压来计算，如果按照最小电压计算的话，那么在最大电压的电感量将会很小，可能导致进入到DCM模式，使得纹波过大。
（8）最后，把15uH的电感带入到公式中，反推纹波电流大概为0.6A，那么电感的峰值电流Ipk=IOUTMAX+0.5*0.6A=2.3A，一般所选取的电感的饱和电流要大于此电流，比如你可以选择2.5A或者以上。另外说一个省成本的技巧，15uH/2.5A的功率电感可能不是那么好找或者比较贵，你也可以折中，因为我们一般都不会使用到2A的额定电流，一般都是1.5A左右，所以换算下来，你可以选择15uH/2A的电感，这个是比较常见的。最后我选择了15uH/2A/CD75的电感。