● PASSIGN <? PCAL,否则重新选取MOSFET
29
功耗考虑
被动元 件损耗
开关管的 导通损耗
开关管的 开关损耗
BUCK
Vds Id
DCRxI2 ESRxI2 RdsonxI2
VfxI
P∝fs CV2/2
30
BUCK
元件选取
②续流二极管或BOT同步MOSFET VRRM 或 VDDS > Vinmax ， IF(AV) 或 IDmax > Io(1-D) 导通损耗:
LDO
1
LDO
线性电源LDO ①低效率,短电池寿命,效率 = Vo/Vin 压差 = Vin- Vo ②小尺寸,低输出电流,成本低,容易设计 ③输出干净 ④只能降压
工作在线性区 相当于一个可变电阻
2
LDO
3
LDO
1） NPN达林顿调节器利用一个由 PNP驱动的NPN达林顿传输晶体管 作为其传输器件。它需要来自误 差放大器的非常小的驱动电流来 处理大载荷电流，但它要求的输 入－输出的最小压降值最高（2～ 2.5V）。由于传输晶体管的基电 流“贡献”给载荷电流，因此接 地电流非常低；这是第一个三端 可调调节器（其负载额定电流为 几安培）设计通过的关键因素。 NPN调节器的回路带宽接近或超过 1MHz。
方法2: 积累电荷
ΔQ = 1 ΔI Lpk Ts 22 2
ΔU o1
=
ΔQ Cout
=
(1− D)Vo 8L f Cout fS 2
考虑ESR:
ΔU o2
=
ESR • ΔI Lpk
=
(1 −
D)Vo • ESR Lf fS
27
BUCK
临界工作模式(介于DCM和CCM边界)
Io
=
1 2
I L max
L
Rsense
d
Vin
PWM
rc
Ki
R
Vo
vo
C
d slope comp
iL feedback
Kref(s) R2
C2
EAIN
比较器
vc
ITH
igm gm veainR1
C1
Rth 补偿网络
Cth
Cthp
Ro
Vref
误差放大器
39
峰值电流模式控制图
CLK
BUCK
LTC1628/1629
1:1 Gain Diff Op-Amp
6
LDO
P沟道CMOS 低压差调节器（P-FET CMOS LDO）与PNP LDO非常类似， 但是P-PET并不需要大量的接地引 脚电流。该设计的缺陷在于最小 VIN的范围受到P-PET的限制，且需 要注意大量门电容，以保持回路稳 定。P-FET LDO调节器的回路带宽 通常在数百KHz。
7
LDO
N-FET LDO使用标准的控制结构，其中，输入电 压通过电阻分压器采样后反馈到误差放大器 。唯一重要区别在于内部偏压电源由外部5V 电压源提供，这使得误差放大器的输出驱动 能够摇摆到足够高以全面增强N-FET。假使 5V电压幅值能降低至4.5V，而且FET需要大 约3V的门驱动器以全面导通，这将使该器件 的最大输出电压被限制在1.5V。
BUCK
CCM CCM有最小输出负载电流要求
DCM
26
BUCK
输出电容纹波:
注意: iL>Io时Cout 充电
方法1: 在充电时间积分
∫ ∫ ΔUo1
=
1 C
Ton Ton
2
iC
dt
+
1 C
Ton + Toff
Ton 2 iC dt
=
(1− D)Vo 8L f Cout fS 2
最恶劣情况: ΔU = ΔUO1 + ΔUO2
续流二极管功耗死区时间
下管选取主要考虑RDSON
31
元件选取:电感
BUCK
L >VODMIN/f ΔI
ΔI = 0.2~0.4 Io
饱和电流Isat > Io+ΔI/2,注意工作温度
功率电感提供商
1 Pulse 2 TDK 3 Panasonic 4 Sumida 5 Murata 6 Delta
21
BUCK
22
BUCK
23
BUCK
CCM连续电流模式
在重负载电流时
IAVE > ½ IRipple
电感的电流总是由正方向流动
电流不会降到0
PWM控制,恒定开关频率工作
改变占空式调节输出
由于开关频率固定，噪声频谱 固定，噪声频谱相对窄，使用 简单滤波技术就可以极大程度 的减小峰峰电压纹波。
DCM
= (V in − V o ) D 2L f fS
Io
<
1 2
I
L
max
=
(Vin − Vo )D 2Lf fS
Toff
= D'TS
=
(Vin
−Vo )D Vo
TS
< (1− D)TS
Vo = D Vin D + D'
1 伏秒值平衡
Io
=
1 2
I
Lmax
Ton
+Toff TS
=
D2 2LfS
Vin
以MOSFET的S极为单点地
73
BUCKBOOST升降压负变换器
74
BUCKBOOST
BuckBoost 变换器
升降压负调节器
75
BUCKBOOST
开关导通，电感激磁，电感线性上升
5
LDO
2）PNP低压差（PNP LDO）调节器的 传输晶体管更为简单，包括一个由 二级低电流NPN驱动的PNP。其压差 就是PNP晶体管饱和电压，根据负 载电流和晶体管特性，其值从50mV 到800mV不等。但是，它需要一个 较高的接地引脚电流（等于负载电 流除以PNP的β值）。接地引脚电 流高（导致功率损耗）是PNP-LDO 设计的一个重要缺陷。PNP-LDO调 节器的回路带宽通常在数百KHz
= Vin
− Vo
ΔI pk
=
(Vin −Vo )D Lf S
开关管关断,电感去磁, 电流线性下降
− L diL dt
= Vo
ΔI pk
= Vo (1 − D) Lf S
18
BUCK
N ΔBAe = V Δt
伏秒值平衡:
V Δ t =恒定
toff: 去磁
ton: 激磁 ΔB
Vo ⋅ toff = (Vin – Vo) ⋅ ton Vo = D ⋅ Vin
72
BOOST
元件选取
①功率MOSFET VDDS > Vo， IDmax > Io/(1-D)+ΔI/2 ②续流二极管或同步MOSFET
VRRM > Vo， IF(AV) > Io ③电感
L >VINDMAX / f ΔI ， ΔI = 0.2~0.4 IIN ， 饱和电流Isat > IIN+ΔI/2 ④PCB：输入地回路电流连续，输入地为干净地
CCM CCM有最小输出负载电流要求
DCM
70
BOOST
输出电容纹波:
注意: iD>Io时Cout 充电
方法1: 在充电时间积分
∫ ΔU o
=
1 C
Ton
0 iodt
= DIo Cout fS
最恶劣情况: ΔU = ΔUO1 + ΔUO2
方法2: 积累电荷
ΔQ = DIoTs
ΔU o
=
ΔQ Cout
8
LDO
9
LDO
10
LDO
11
热设计LDO及开关电源
功耗计算
LDO
主功率损耗:输入电压和输出电压(压降),输出电流 器件静态功耗
开关电源控制器
驱动损耗 器件静态功耗
开关电源单芯片
驱动损耗 器件静态功耗 开关管开关损耗和导通损耗 输入电压,输出电压,输入电流,输出电流
12
LDO
13
开关电源
14
开关电源
开关电源 ①高效率,长电池寿命,大电流 ②大尺寸,成本高 ③输出噪声,降压/升压/负压
BUCK
SEPIC
BOOST
CUK
BUCKBOOST
15
BUCK降压变换器
16
BUCK
Buck变换器
降压调节器
17
BUCK
开关管导通,电感激磁,电流线性上升
L diL dt
效率最低 强迫CCM模式具有最好轻载调整率，其次跳脉冲模式， 突发模式轻
载调整率最差
35
BUCK
电压模式控制BUCK变换器
d
Vin
PWM
L rc C
R Vo
VC
slope
d slope
Comparator vc 功率级：控制对输出
Comp.
R2 VFB
R1
Vref
d·Ts Ts
d=k·Vc
误差放大器补偿
6 输出电压与输入电压无关，允许大的输入电压纹波， 减小输入滤波电容从而提高了输入的功率因素
缺点 需要精密的电流检测电阻,影响效率和成本
41
42
43
44
45
46
47
4
55
56
57
58
59
60
61
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63
64
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BOOST升压变换器
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BOOST