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dcdc

学科前沿讲座

2012-2013学年第2学期

专业:

电气工程及其自动化

姓名：

谭全

学号：

2010072042

班级:

电气101班

课程名称:

DC/DC电源简单介绍及实际遇到问题

2013年05月02日

DC/DC电源简单介绍及实际遇到问题

背景：

因目前LCD上所用IC的供电电压越来越低，如3.3v，1.8V，1.5V，1.0V等，而且电流越来越大，一般都要1~2A左右，电源模块提供的电压一般在18v，12v，5v，因此在负载供电同样的输出功率，如果单靠LDO来完成，一部分（40%以上）能量就会损失在LDO上，势必产生LDO的散热可靠性问题，而如果采用DC/DC控制元件，其效率通常在80%以上，使得能量有效传递，也改善了元件的温升问题。

2．相对LDO而言，DC/DC控制电路都带有过流/过压保护电路，对于电源的开短路实验来说不需要外加检测和保护电路。

*DC/DC电源有常用的有两种结构：

升压式和降压式，但其核心元件是一样的：

电感，开关MOS管，二极管，滤波电容

1．升压式如下：

其工作原理如下：

在控制开关SW上输入PWM波形，当开关SW导通时，构成回路，

电感L中电流逐渐变大，同时将能量在电感中。

此时二极管的正极电压几乎为零，而其负极为电容的正极电压，所以二极管此时处于截至状态，此时的负载电流靠电容Cout放电来维持。

当SW关断时，电感上产生较高感应电压，二极管导通，给电容Cout充电，并把储存在电感上的能量释放出来，当于一个另外的电源叠加在电容上，所以此时电容两端的电压得到提升。

此时的负载电流同样靠电容Cout来维持。

升压电路曾经在B+的逆变电源上有用。

2．降压式如下：

工作原理如下：

开关SW有PWM脉冲控制，当SW导通时，二极管截至，通过电感给电容充电，同时能量存储在电感中。

输出端的负载的电流靠电容来维持。

当开关SW断开时，因为流过电感上的电流不能突变，所以通过电容，二极管回路继续续流，同时电容Cout来维持负载端的电流输出。

通过调整控制开关管上PWM脉冲宽度，就可以控制Vout的大小而降压式的DC/DC在我们小信号部分的电源供电中经常用到。

一般除了核心元件（MOS管，续流二极管，滤波电感）外，实际应用中为了得到不同的输出电压和提高系统的稳定性，还需要有反馈和补偿等控制电路，如下图

RX，RY为反馈取样电阻，将输出的电压取样后与IC内部的参考电压Vref进行比较放大，输出一个放大后的误差电压，再通过比较器与锯齿波。

信号进行比较，将输出的PWM信号进行相应的调制，控制开关管的开启和关断时间，形成一个环路，稳定输出电压。

当取样电压变低的时候，通过与VREF比较，误差放大器A的输出就Vc会增大，那么PWM的宽度就会变大，在控制开关上的相应的导通时间变长，给电容的充电时间也会变长，电容上的电压就会得到提高。

实际应用：

1．在RS86A机芯上采用MPS1411进行12V—>1.05V（输出电流2A）

1．BS是自举电压，给开关管的驱动电路提供高于电源输入的电压，其内部有上拉电源的二极管

2．SW是开关管的漏极输出

3．FB为取样反馈输入，通常用1%精度的电阻反馈。

4．COMP：

外部补偿电路，关系到输出的瞬态反应和电路的稳定性

5．EN：

使能控制

6．SS：

软启动控制

7．IN：

电源输入

其实DC/DC电路的输出电流的大小受DC/DC内的上管，续流二极管及滤波电感的共同影响。

*D41为续流二极管，为减小损耗，一般选用正向压降小，恢复时间快的肖特基。

*L31:

滤波电感：

在一定频率的开关电压控制下为负载提供持续的电流，因此，电感的容量越大负载端纹波电压越小。

但是如果电感越大，其体积越大，其价格越贵，同时也不利于PCB排版，另外电感值越大，磁饱和电流越小，同时其直流阻抗越高，降低了效率，。

如果PWM控制频率越高，电感值可以越小。

具体见各IC的推荐值。

*由DC/DC转换的原理可知，输入回路处于开关状态，di/dt比较大，是EMC辐射的源，元件要尽量靠近，减小回路向外辐射；输出回路是大电流回路，布线要短粗直些；

*取样回路要远离干扰源，如开关管，续流二极管，并且其回路的地与电路输出的地要单点在IC端相连，并且要尽量远离开关管，续流二极管等干扰源。

3．RS86A机芯上用的另外一个DC/DC电路，12V—>5V,输出电流需要4A左右。

考虑成本，选用的是RT8110+外加双Mos开关

1．RT8110只是作为一个控制IC，输出PWM波形控制外接上下MOS开关管的导通和截止。

2．输出电流的大小由外接的MOS管，以及电感来决定，但由于RT8110的过载取样电流是从下管回路中取的，并且由下管的导通阻抗决定（一般在20mohm~60mohm左右）Imax=0.2/Rson所以对于不同的MOS管，其导通阻抗不同，其过流保护点有很大的差别。

另外因为ＭＯＳ管的导通电阻是毫欧级的，ＰＣＢ板走线的阻抗对其影响不能忽略，所以下管ＤＳ极的连接要尽量短粗，降低走线的阻抗

３．UGATE控制上MOS管，LGATE控制下MOS管，为防止出现上下MOS管同时导通的状态出现，在控制时在某一瞬间出现上下MOS管都工作在截止点的“死区”状态，为了使得这一瞬间电感上的电流有回路，在输出端增加R/C串_/_t_d_>_联的电路，吸收瞬间的高频（但这路对电源的转换效率有影响）或者增加一个肖特基二极管，为电感上的电流提供一个“临时”的回路，改善ＥＭＩ辐射。

实例：

低温存储后50%无法开机，在室温下可以恢复正常分析原因：

在低温下测试发现主IC的内核供电1.05V输出纹波大，超出了1.05v+/-0.05v的范围，12V-〉1.05VDC/DC输入电压正常，控制逻辑也正常，但输出的开关波形异常，后将机器在正常室温下，用冷冻剂喷MP1411，现象也可以重现。

如下图：

正常的波形如下

在检查电路所用元件与参考电路无误的情况下，怀疑MP1411的外围

电路COMP的补偿电路参数不匹配，因在MP1411的内部有反馈误差放大电路，在低温下误差放大电路产生自激，使得输出PWM波形异常

解决方法：

调整MP1411COMP脚外围的RC负反馈电路，改解决方法：

调整MP1411COMP脚外围的RC负反馈电路，改善其幅频特性曲线，使得电路稳定可靠。

按照MP1411的电阻电容取值方法，增大电容CP48（3900PF改为10nF）,减小电阻R270（10K-）4.7K）在保证带负载瞬间纹稳波电流符合要求的情况下，尽量提高系统的稳定性。