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原创 ADI设计赛

2.5V/2A高质量电源设计

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老余
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LV3
助理工程师
  • 2019-9-24 11:43:35

【一】题目要求:
--> 基本指标:
1、输入电压12V, 输出电压2.5V,持续输出电流能力不小于2A;
2、整版使用电容合计容量,不得大于60uF;
--> 详细指标(以表格方式给出):

  
考核项目
  
  
测试标准
  
  
评分标准
  
  
瞬态响应
  
  
0.125A-1.25A  1ms  脉宽负载,检测电压瞬态变换值,测试点选取离IC最远的一个滤波电容两端。示波器探头使用弹簧接地针,以最小路径测试滤波电容两段的纹波,20MHz带宽开启。
  
  
超过±120mV 0
  
每低5mV, 1
  
  
满载效率
  
  
2A负载下的电源转换效率
  
  
低于90%0
  
每高0.5%,加1
  
  
轻载效率
  
  
125uA负载时的电源转换效率
  
  
低于50%0
  
每高2%,加1
  
  
输出纹波
  
  
2R水泥电阻负载(1.25A 恒定输出电流)下的电源纹波,测试点选取离IC最远的一个滤波电容两端。示波器探头使用弹簧接地针,以最小路径测试滤波电容两段的纹波,20MHz带宽开启。
  
  
高于30mV0
  
每低1mV1
  
  
静态电流
  
  
断开负载,保持输出电压2.5V持续输出,上电稳定1分钟后,测试输入端消耗的静态电流,使用4位半万用表微安档直接串联测量,或者在输入串接10K电阻,短接启动后测量电阻两端电压推算电流。
  
  
高于50uA0
  
每低2uA1
  
  
电路设计
  
  
原理图及PCB的设计及标注规范性
  
  
原理设计规范
  
PCB布局布线
  

【二】题目分析与方案设计
1题目要求是直流功率变换,故采用DC-DC变换器,由于是题目是降压输出,考虑使用BUCK或者BUCK-BOOST,但考虑到纹波和效率要求,故功率变换选择BUCK拓扑;
2考虑静态电流50uA和轻载(125uA负载)高于50%效率的指标,这实际上客观由选型的芯片决定,故芯片选型十分重要;
3关于整版电容值用量不得超过60uF的要求,这实际上关乎到几个方面:一是电容的量(输入端和输出端的容值)都与整个变换器的开关频率有关;二是,输出电容的大小会影响输出纹波、系统稳定性以及瞬态能力,故在设计中应该权衡好电容容值与其他变量之间的关系,不能刻意为了减少电容容值而导致系统工作不稳定;
4开关电源的效率问题,因为是单片应用方案,故该指标一般决定于芯片本身,所以这与芯片选型也密切相关。但此外,需要注意到,效率直接或间接与开关管的导通内阻、压降、开关频率、负载工况、输入输出工况、电感的DCR等等相关,这些无论在芯片选型还是外围元件选材时都必须关注。
5关于瞬态响应,该指标是在脉冲负载下,对输出的瞬态值的测量。该指标一般与芯片的而工作模式有关,故一定程度上与芯片选型有关;此外,可考虑通过外围电路进行补偿(有些芯片带外部补偿引脚,如果没有的话是否可以人为补偿?)。

综上,经过仔细对比,确定芯片型号为LT8640S-2,采用BUCK拓扑实现电源设计。

本方案最大的矛盾:轻载效率&瞬态响应这对矛盾,受限于题目要求“不能手动切换工作模式”。换言之,实际工作时,要求设计的电源根据工况自动切换工作模式,关于这一点,后期继续完善设计。

老余
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助理工程师
  • 2019-9-24 19:13:05
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目前已收到样片,爆个照先:

接下来有的忙了,后期会不断更新。

LT8640样片

LT8640样片
马power
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高级工程师
  • 2019-10-6 09:04:24
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楼主  出来了吗

老余
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  • 2019-12-14 16:05:36
  • 倒数2
 
这是8640的设计报告
8640S2测试报告.pdf (917.68 KB, 下载次数: 18)
老余
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助理工程师
最新回复
  • 2020-1-6 21:44:43
  • 倒数1
 
本设计工况是高输入低输出case,电源的效率峰值评估是一个重要的方面,在设计过程中让设计者知道效率的优化具有一个上限值,进而可以辅助电源设计。

开关电源损耗估算——以BUCK为例(备份).pdf

405.31 KB, 下载次数: 2, 下载积分: 财富 -2

损耗分析

xutong
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LV10
总工程师
  • 2019-9-24 19:37:11
  • 倒数6
 
谢谢了,学习下
老余
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助理工程师
  • 2019-9-24 22:02:09
  • 倒数5
 
好的,互相学习哈!
admin
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管理员
  • 2019-9-25 09:29:38
  • 倒数4
 
感谢支持 期待更新
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