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类似于做产品之前必须有产品定义,在进行电路设计之前也必须有设计需求(相当于产品定义),是对最终设计出的电路,其各项指标的期望。
图 5.1 TPS54561DPRT参考电路原理图
比如TPS54561器件的数据手册给出的参考电路(图5.1所示),就是在一定设计需求之下得到的;否则,没有设计需求的参考电路是没有意义的,电路想要达到什么样的目标也是不明确的。
表5.1就是设计一个BUCK电路所需要的一些参数。
参数说明如下:
(1)输入电压通常工作在典型值,但是需要支持一个电压范围;此例中的典型值为12V,支持的输入电压范围是7.0V到60V。
(2)输入端和输出端纹波电压大小,目标值通常分别设定为最大输入电压和输出电压的0.5%即可。
(3)如果是降压型开关转换器,其最大输出电流通常由规格书给出,且不可调整该值的大小。
如果是降压型开关控制器,则可以通过选择过流能力更大的外部开关管MOSFET器件,从而实现更大的输出电流。
所以,基于负载电流这个参数来看,降压型开关控制器电源电路比降压型开关转换器电源电路更灵活些。
(4)输入电压线性调整率,也称电压调整率,是指在额定负载电流时,由输入电压变化引起的输出电压变化量与额定输出电压的比值,通常使用百分比表示,如0.3%。
该数值越小,表示输出电压稳定性越好,是开关电源电路设计特性是否良好的评价指标之一。
(5)输出电压负载调整率(Load regulation of Output Voltage),简称负载调整率,也称电流调整率,是指在额定输入电压时,由负载电流变化引起的输出电压变化量与额定输出电压的比值,通常使用百分比表示,如0.2%。
该数值越小,表示输出电压稳定性越好,是开关电源电路设计特性是否良好的评价指标之一。
(6)针对动态响应的要求,当负载从1.25A到3.75A(即电流变化量为2.5A)时,输出电压的变化量不超过其典型值的4%,即4%*5.0V=0.2V。
(7)电流纹波系数,通常直接取0.3即可;可参考“《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》3.3.2 电流纹波系数”章节相关内容。
(8)电感纹波电流理论值,等于电流纹波系数与最大负载电流的乘积。在此例中,0.3 * 5 A = 1.5 A。
(9)与输入端和输出端纹波电压的设计指标类似,输出端浪涌电流大小通常可以控制为最大负载电流的5%;或者根据输出端负载特性确定。
支持外部可配置软启动功能的降压电路,才需要确定“输出端浪涌电流”这个参数指标,进而反向计算出应该配置多大的软启动电容(参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“5.11 软启动与浪涌电流抑制”章节)。
例如,同步降压转换器芯片TPS54335ADDAR就是内置了2 ms的软启动时间,不支持外部可配置;而相同系列的TPS54336ADDAR则提供了SS引脚,支持外部可配置软启动时间功能。
(10)输出电压,是期望的输出端电压大小。
(11)输出端纹波电压大小(Output Ripple Voltage),是预设的输出端纹波电压大小,后续需要通过参数设计,保证不超过预设的输出端纹波电压大小。
(12)欠压保护的停止输入电压VIN(stop),通常配置为等于输出电压即可。欠压保护的开始输入电压VIN(start),是指发生了欠压保护后,输入电压需要大于等于该参数时,电路才开始启动,重新恢复工作。该参数通常配置为大于输出电压1V到3V范围即可。
参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“5.12.5 受控使能/非能和 UVLO 阈值设置”章节相关内容,在实际电路应用中,欠压保护的开始输入电压的最小值等于输入电压最小值。
(13)欠压保护的开始输入电压 VIN(start),当输入电压小于值时,芯片将关断以保护后级电路,该行为称为UVLO(Under Voltage Lock-out)。
(14)开关频率(Operation frequency),开关电源工作在CCM模式下的频率大小,通过专用引脚配置。
(15)转换效率(Efficiency),降压电路的转换效率,输出功率占输入功率的比值,越大越好。
一言以蔽之,“设计需求”就像我们的努力目标,有了目标才能更好地出发。
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