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分享:关于DC/DC转换器的10个经典问答

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seaside
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本网技师
  • 2014-8-4 17:58:32

因为咱们长期合作供应商深圳世强代理了理光的半导体器件产品线,我们的电源产品也准备陆续试用这家公司的产品。

说实话,以前说起理光真的几乎不晓得他们做什么产品,跟世强合作了,才晓得这家公司的很多产品还是挺牛的。昨天世强的FAE给我们部门的新人做了个电源技术培训,学到了很多新的东东。从他们那儿拿到一些文档,这里分享些比较basic的东西——DC转换器的10个问答,是设计中最常用到的基本概念,尤其是对我们菜鸟理解相关概念很有帮助。

里面很多是以理光微电子的DC/DC转换器作为问答的例子,其中提到的一些技术概念,感觉比较独特,不知道是否已经是很多方案的主流啊?比如PWM和VFM(变频调制)结合可切换,频率可切换电源功能、振铃开关。。。这些研究生时期接触功率器件真木有接触过,大家怎么看?

Q1: 什么是PWM 控制和 VFM 控制?
A1: 理光的 DC/DC 转换器可使用 PWM 控制或 VFM 控制。PWM 是脉冲宽度调制的缩写,VFM 是可变频率调制的缩写。为实现最佳应用,某些产品可以在两种控制类型中切换,切换方式包括通过 MODE 引脚手动切换以及自动切换。
(PWM 和 VFM组合可切换的产品,还有哪些家有这样子的功能?VFM貌似用的比较少)

Q2: 什么是欠压锁定功能(UVLO)?
A2: 为了更稳定的工作,某些 DC/DC 转换器具有 UVLO(欠压锁定)功能。电源开启后,UVLO 功能使内部电路处于待机状态,直到DC/DC 转换器的输入电压(VIN)达到 UVLO 电压,以此来减少消费电流并避免误操作。

Q3: 是否需要输出晶体管?
A3: 理光的 DC/DC 转换器分为带有内置输出晶体管和不带内置输出晶体管两种。前者有一个 Lx 引脚,后者有一个 EXT 引脚,分别称为DC/DC 转换器和 DC/DC 控制器。(如果单个产品上同时包含两种类型,则它被称为 DC/DC 转换器。)
使用外接输出晶体管时,请使用功率 MOS FET。如果更注重高负载时的效率,请使用带有低导通电阻的 MOS FET,如果更注重低负载时的效率,请使用栅极电容较小的 MOS FET。请使用最大漏电流高于最大电感线圈电流(ILmax)的 MOS FET。(以下所示的R1210N系列推荐使用双极晶体管。)









Q4: 输出电压设定
A4: 理光的 DC/DC 转换器有两种类型,一种是芯片内部设定输出电压,另一种为可通过外接晶体管来设定输出电压。芯片内部设定输出电压的转换器有一个 VOUT 引脚,外部可调节产品则还有一个 VFB 引脚。使用外部可调型产品时,请根据相位补偿和噪声干扰等情况来选择元件。


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Q5: 软启动功能
A5: 电源开启后,当输入电压(VIN)达到最小工作电压和 UVLO 电压时,软启动功能启动,以此来防止 DC/DC 转换器的突然启动(会导致浪涌电流的产生和输出电压的波动)。
通过指定启动时间(软启动时间),DC/DC 转换器以渐进的方式启动。软启动时间在芯片内部设定,但如后文的开关最大占空比设定所述,有些产品中可以由外部进行设定。


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Q6: 开关最大占空比
A6: 某些产品允许通过连接至 DTC 引脚和 VREFOUT 引脚的电容和电阻,从外部进行开关最大占空比的设定。软启动功能也可从外部设定。



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Q7: 保护电路(锁定型/复位保护型/短路限流型)
A7: 各个保护电路类型中过流保护的操作
理光 DC/DC 转换器中有三种保护电路,即,锁定型、复位型和短路限流型。

——如果在高负载等情况下错误持续了一段指定的时间(保护时延),锁定保护电路会将功率 MOS 锁定为 OFF 状态。可以通过使用 CE 引脚使芯片进入待机模式后再进入工作模式,或通过关闭电源再打开来解除锁定保护电路。保护时延可通过连接至 DLY 引脚(DELAY 引脚)的电容大小来设定。
——如果在高负载等情况下错误持续了一段指定的时间(保护时延),复位保护型电路将重复触发软启动操作以限制输出电流。高负载(会导致最大占空比)被移除后复位保护电路将自动解除。保护时延在芯片内部设定。
——当输出电压从设定的输出电压值中下降时,短路限流电路会降低开关频率。因此最小 ON 占空比会降低,电感纹波电流会增加。于是输出电流会降低。错误清除后该保护会自动解除。


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Q8: 外部相位补偿
A8: 某些 DC/DC 转换器的相位补偿可通过外接元件来设定。请将外接电容(加速电容)和电阻连接至 AMPOUT 引脚,为这些产品设定相位补偿。



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Q9: 频率切换电路
A9: 采用 R1210Nxx1A PWM 控制的 DC/DC 升压型转换器带有频率切换电路。当输出负载变低时,PWM 控制开关频率从 100kHz 降至35kHz。这将使消耗电流减少。

Q10: 抗振铃开关
A10: 在升压 PWM DC/DC 转换器间断模式下电感完成放电后,会出现振铃。抗振铃开关会防止振铃。



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(这个是开关电源中常见的纹波问题么?希望能帮助解决麻烦的纹波抑制问题)



沉眠之鱼
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本网技师
  • 2014-8-7 14:10:03
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理光的DCDC芯片很少用到,这些功能特性看起来蛮不错!有适合机顶盒的ACDC电源方案吗?价格必须很便宜哦!
baland
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本网技师
  • 2014-8-11 18:06:38
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世强什么时候把理光微电子也收了?我以前也卖过RICOH家的产品,LDO做得很不错,功耗和输出精度很有优势,电池供电应用(包括便携式电子、医疗保健、工业的4表……,可惜好产品宣传做得不太到位

seaside
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本网技师
  • 2014-8-19 16:39:55
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是的,理光世强代理的新产品线。3楼的应用应该可以用理光的R1224N,世强的FAE正好分享了一个类似的应用案例,与我们的应用很类似。
amy
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本网技师
  • 2014-8-14 17:29:34
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借楼主宝地,关于DCDC的器件选择帮建议下:我司拟开发一款新的便携式设备,电源使用锂离子电池4节,需要3.3v和5.5v两组电压,电流2A,能有剩余电量指示,锂离子电池准备以两串两并模式,需要DC-DC降压电路。有熟悉的么?请各位推荐合适的IC,效率要高
site-is-rubbish
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高级工程师
  • 2014-8-19 21:51:42
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这些功能特性看起来蛮不错
carbin
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本网技师
  • 2014-8-21 15:36:27
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PWM+PFM(脉冲频率调制)的用过,类似,在负载功率降低时自动切换到后一种模式以降低电源本身的功耗。

沉眠之鱼
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本网技师
  • 2014-8-25 14:48:47
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话说电源在负载变化调整开关频率对于降低功耗是很不错,但不知道对变压器、EMC滤波的设计会不会有影响?!另外,楼主理光有汽车级的产品吗?

seaside
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本网技师
  • 2014-8-27 14:51:30
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我们就是做汽车后装市场的哦,据说Ricoh在Tier1的汽车客户中都有designwin。工厂通过ISO/TS16949认证,汽车级产品均通过AEC-Q100认证。汽车级的电源管理产品包括:
LDO:低至1uA消耗电流
1.0%精度
36V输入电压
Watchdog+电压检测
Watchdog+LDO+电压检测
DC/DC:升压型及降压型DC/DC
USB开关


dety
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本网技师
  • 2014-9-5 15:33:24
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学习了!
y40003
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本网技师
最新回复
  • 2014-9-30 17:47:42
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