效率据说同步整流因为传导损耗低所以效率高,但是开关损耗又怎么样呢?
就开关损耗而言,同步整流和二极管(异步)整流之间没有太大差异。在效率方面,可以说同步整流型更胜一筹。
输出纹波DC/DC转换器的输出纹波电压是什么概念?
在DCDC转换器中,会输出三角波的开关(电感)电流。该电流会给输出电容器充电,因此输出中会出现由输出电容器的ESR(等效串联电阻)x开关电流产生的三角波电压。这种电压幅值的变化称为“纹波电压”。纹波有“脉动”之意。
开关晶体管MOSFET的寄生二极管的导通容许程度是?
具体因电源IC和MOSFET(外置的情况下)而异,因此请根据型号名称单独咨询。
为什么内置Pch MOSFET的DC/DC转换器IC中高电压、高电流的机型比较少?
具有相同电流和耐压的Nch MOSFET与Pch MOSFET相比,Pch的尺寸更大,从而会导致IC芯片变大,因此考虑到封装尺寸和性能方面的优势,使用Nch的IC更多。
尺寸相同的Pch MOSFET和Nch MOSFET的Ron(导通电阻)是否相同?
如果元件尺寸相同且VGS相同,则Nch MOSFET的Ron会更小。
同步整流DC/DC转换器IC中,在输出段的高边和低边均采用Nch MOSFET的IC的优点有哪些?
与使用Pch MOSFET的IC类型相比,在能力相同的情况下,采用Nch MOSFET的IC尺寸可以更小。反之,如果尺寸相同,则能力更高。随着近年来对小型和高效率的需求高涨,Nch型基本上更具优势。
在高边和低边都采用Nch MOSFET的同步整流方式中,无法像高边采用Pch MOSFET的结构一样100%占空比工作,而是最大占空比受到限制,为什么?
要想驱动高边Nch MOSFET,需要使栅极电压高于漏极电压,故配有自举电路,并且为了给充电电容器充电,需要使低边MOSFET导通,将开关引脚置于低电平。由于需要相应的时间,因此对最大占空比是有限制的。
在同步整流DC/DC转换器IC中,当高边晶体管为Nch MOSFET时,与Pch相比,相对于输入的最大输出电压更低,但是由于Ron很小,所以可以认为MOSFET自身的发热量较低吗?
在Nch的情况下,不可能以100%的占空比工作,因此可以输出的最大电压低于Pch,输入/输出电压差可能会变大。如果MOSFET的尺寸相同,则Nch的Ron较小,因此可以简单地认为MOSFET的发热量较小,但有需要确认条件是否相同。
同步整流DC/DC转换器IC的输出段MOSFET采用Pch(高边)+ Nch(低边)的配置有什么缺点?
如果用Pch MOSFET实现与Nch MOSFET同等的特性,则尺寸会增加,因此IC的尺寸也会增加。
二极管整流轻负载模式
在二极管整流方式下,切换到轻负载时的高效率工作的大概阈值是多少?
轻负载时的效率改善方法包括跳跃式开关工作和流过电感的电流处于不连续状态的不连续工作。当负载电流约为电感纹波电流IL的1/2以下时,进入脉冲跳跃工作模式。
肖特基势垒二极管
二极管整流DC/DC转换器的二极管是否必须是肖特基势垒二极管?
尽管不是必须的,但由于正向电压低且反向恢复时间短的肖特基势垒二极管在效率方面更具优势,因而建议使用肖特基势垒二极管。
关于二极管整流方式的肖特基势垒二极管的选型,正向电压引起的电压降除了会导致效率降低之外:
1)是否会影响设置的输出电压值?
2)是否会影响输出纹波电压?
3)二极管的结电容是否与DC/DC工作有关?
设定输出电压的值一般是将开关电压以LC滤波器平滑后的电压,也就是说,一般反馈供给负荷的电压,包含了二极管的正向电压降,因此不会影响输出电压的设置值。另外,对输出纹波电压也没有影响。结电容通常也几乎没有影响。
二极管整流DC/DC转换器中使用肖特基势垒二极管时,可使用的输入电压大概是多少?听说最好不要在太高的电压下使用。
市场上的硅肖特基势垒二极管的耐压通常在200V以内。尽管具体因应用产品而异,但作为电源,通常需要确保输入电压的1.3~2倍左右的余量。据此推算,如果是200V耐压的产品,则100V以内的输入电压程度是可以接受的。关于余量的考虑方法各有不同,基本上以此为大致标准进行判断。
二极管整流DC/DC转换器的肖特基势垒二极管的正向电压引起的电压降,除了会导致效率降低外,是否会影响设置的输出电压值?
设定输出电压的值一般是将开关电压以LC平滑后的电压反馈给设定值,包含二极管的正向电压的下降量,因此不会影响设定输出电压的值。
请教一下二极管整流DC/DC转换器的肖特基势垒二极管选型时的注意事项。
耐压和正向电压是选型时需要关注的主要要点。耐压能力至少需要达到输入电压以上。由于电路板布局和所用的元器件不同,在某些情况下开关电压可能会过冲并超过输入电压,因此也需要考虑到这一点。正向电压越低,损耗越小,效率越高。
对于二极管整流DC/DC转换器来说,肖特基势垒二极管是否只能外置?是否有内置于IC中的类型?
也有内置肖特基势垒二极管的IC,但是由于二极管的开关损耗会略有增加,因此外置型居多。
不连续模式/LC谐振
在二极管整流DC/DC转换器的不连续工作模式下产生的LC谐振的L和C是指?
L主要是输出电感的电感量,C是二极管的寄生电容分量。
二极管整流DC/DC的不连续工作模式下的谐振可能带来的影响有哪些?
可以认为谐振没有特别的影响。这是因为振铃本身变得像正弦波,因此没有高次谐波分量作为噪声显现出来。
在二极管整流DC/DC的不连续模式下产生的LC谐振是否有问题?
即使产生了LC谐振,通常也没有问题,因为通过控制基本上达到设置的输出电压。然而,对于从不连续工作模式过渡到连续工作模式这类负载电流变化来说,负载瞬态响应速度要比连续工作模式下慢,输出电压的波动会变大。
想知道在二极管整流DC/DC转换器不连续工作模式下的LC谐振发生机制。
当输出电容器被充电时,电流试图返回到二极管侧,但是由于电流无法从阴极流向阳极而失去了去向,这些失去去向的电荷受电容器和二极管的寄生电容分量以及输出电感器影响而产生谐振。
二极管整流DC/DC转换器不连续工作模式下的谐振波形的电压是否会高于输入电压?
谐振波形的最大电压值为Vin + Hiside MOSFET的Vf。
如果使二极管整流DC/DC进行不连续工作,是否会对IC及其外围元器件产生不利影响?如果有影响的话应该采取什么对策?
在不连续工作时,相对于从不连续工作模式转变为连续工作模式时的负载电流变化,瞬态响应速度会变慢,因此输出电压波动会略有增加。作为对策,包括增大输出电容器的容量,增大输出电感器的电感量并设置防止不连续工作的纹波电流等方法。
同步整流直通电流/死区时间
在降压工作中,与同步整流方式相比,二极管整流方式中有“无直通”的说法,是什么意思呢?
与同步整流不同,在二极管整流的情况下,高边晶体管和低边二极管不会同时导通,因此,不会发生开关导致的从Vin到GND的短路,所以使用了“无直通”的表述。
为什么在二极管整流DC/DC转换器中没有同步整流型中可能产生的“直通”现象?
在二极管整流中,开关晶体管和二极管原则上不会同时导通,因此不会发生“直通”现象。
“直通”是什么样的现象?
在同步整流DC/DC转换器中,高边晶体管和低边晶体管处于同时导通状态,并且高边输入电源(Vin)和低边GND之间短路的现象。
什么是“直通电流”?
当同步整流DC/DC转换器的高边晶体管和低边晶体管同时导通时,高边的输入电源(Vin)和低边的GND变为短路(直通)状态,期间流过的大电流称为“直通电流”。
据说同步整流DC/DC转换器IC设置了用来防止直通电流的死区时间,是否有可以调整死区时间的IC?
大多数同步整流IC都设置了用来防止直通现象的死区时间,但ROHM的产品中没有能够调整死区时间的机型。
同步整流DC/DC转换器所需的死区时间大致是多少?
关于死区时间的长短,如果设置较长的死区时间,虽然会降低直通风险,但会导致效率下降,死区时间与效率之间存在权衡关系。在ROHM的IC中,根据不同机型的开关上升/下降时间差异分别设置了优化的死区时间。另外,如果是开关晶体管外置的控制器IC,则需要调整开关的上升/下降时间,以确保在各种工作条件下都不会产生直通电流。
关于同步整流DC/DC转换器开关MOSFET的寄生二极管的导通,容许程度是?
具体因机型而异,请根据型号单独咨询。
在同步整流中,当低边MOSFET导通时,是否是寄生二极管(体二极管)首先导通,然后MOSFET导通?
由于寄生二极管说到底是在MOSFET关断状态下出现的二极管结构,因此,当低边MOSFET关断时,寄生二极管会导通,然后MOSFET导通。
在同步整流电路中,是否容许有直通电流流过?比如流过直通电流的时间很短,直通电流在晶体管的额定范围内等。
原则上不希望发生直通现象,因此IC中都采取了设置确保两边晶体管都关断的时间(即死区时间)的措施。在所述示例的条件下,IC可能会继续工作,但是考虑到效率和可靠性,还是不容许这类情况发生的。
轻负载模式/脉冲跳跃
切换到轻负载模式的条件是否因元器件而异?
基本上因电源IC的开关频率和外置元器件的输出电感而异。
利用轻负载模式,即使在轻负载时也能实现高效率,想了解一下其原因和切换到轻负载模式的条件。
由于轻负载时是跳跃式执行开关动作(间隔式开关),故可以提高效率。当负载电流约为电感纹波电流IL的1/2以下时,即开始跳跃工作模式。
在同步整流DC/DC转换器轻负载时脉冲跳跃工作中的开关频率会发生什么变化?
这取决于负载电流。在轻负载时的电感电流IL的波形中,三角形的面积表示积蓄在输出电容器中的电荷。当这种电荷通过负载被释放时,将执行下一个开关动作。其周期就是开关频率。
在有轻负载模式的同步整流DC/DC转换器IC中,应如何考虑轻负载和重负载的标准?
基本上轻负载是不连续工作状态下的负载,重负载是连续工作状态下的负载。轻负载和重负载之间的切换取决于IC和外部常数。
重负载是指额定输出电流的百分之多少?
基本上重负载是指连续工作的状态。顺便说一下,轻负载是不连续工作的状态。对于有轻负载模式的同步整流DC/DC转换器来说,轻负载和重负载之间的切换取决于IC和外部常数。
如何检测在同步整流DC/DC转换器脉冲跳跃时的电感电流IL为零的情况?
有几种检测方式,但是通常通过低边MOSFET的漏源极间电压来检测。
如何检测在同步整流DC/DC转换器脉冲跳跃时的电感电流IL?
有几种检测方式,但是通常通过低边MOSFET的漏源极间电压来检测。
在同步整流DC/DC的脉冲跳跃工作时的开关波形中会出现类似振铃的波动,是否会有其他不利影响?
可以认为谐振没有特别的影响。这是因为振铃本身变得像正弦波,因此没有高次谐波分量作为噪声显现出来。
请问同步整流型电源IC轻负载时的脉冲跳跃技术是一种普通技术,与制造商无关,在最近的电源IC中很常见,还是一种专利技术,仅限于有脉冲跳跃功能的电源IC(制造商)?
脉冲跳跃技术是一种普通技术。
想知道在同步整流型电源IC轻负载时的脉冲跳跃工作中用来检测电感电流IL变为零的电路。
属于IC内部电路,因此未公开。
轻负载模式/脉冲跳跃
在降压工作中,与同步整流方式相比,二极管整流方式中有“无直通”的说法,是什么意思呢?
在不连续工作模式下,是以不同于稳定开关频率的谐振频率工作的,因此在低频范围内,会在开关频率以外的频段产生噪声。
负载/负载响应当负载是电感器或电容器而不是电阻器时,有什么需要注意的吗?
当电感(电感量)是负载时,有些情况下需要考虑电动势引起的反向电流。
要改善DC/DC转换器IC的负载响应特性,在IC内部电路中都考虑哪些因素?
将反馈电路的频率特性扩展到更高的频段有助于改善负载响应性能。
当DC/DC转换器的负载急剧变化时,输出电压如何变化?
如果负载急剧增加,输出电压可能会暂时下降;如果负载急剧减少,则输出电压可能会暂时上升。该负载响应特性取决于基于IC和调整电路的频率特性。
如果是根据负载自动更改开关频率的DC/DC转换器IC,当负载从重负载变为轻负载时,过冲可能会增加,对此有什么对策?
对于从重负载到轻负载的过冲,通常采取增加输出电容器的对策。
保护功能想知道过负载时和短路时的保护方法。
不同的IC所采取的方法也略有不同,但过电流时的保护通常是当流过超出IC内部或外部设置的限制值的电流时,会限制开关的ON duty并降低输出电压。当输出电压降至某个值以下时,短路保护功能也被激活,并关断输出功率晶体管。
可以用任意电流激活过电流保护功能吗?
需要选择可以通过外置电阻等设置过电流检测值的类型。
IC中是否配有保护电路?
在IC内部配有保护功能,具体因IC型号和保护功能而异。如果保护功能的阈值可调,则可以通过外置元器件进行调整。
连续工作/不连续工作设计DC/DC转换器时,按照使之连续工作的设计思路进行设计对吗?
如果负载电流的变化跨越了连续工作和不连续工作,则瞬态响应特性可能会比正常时要差,并且输出电压的波动可能会比正常时要大。负载器件是否可以承受是判断指标之一。如果无法承受,需要调整IC的相位补偿元器件常数,或在设计中探讨添加虚拟负载以避免不连续工作。如果是标准的负载电流值,则通常采取使之连续工作的设计思路。
在不连续工作时,输出电流大于纹波电流的1/2是什么条件?
比如在纹波电流为400mA的情况下,施加的负载电流大于其1/2即200mA。
不连续工作是否具有比连续工作所产生的噪声更多的缺点?
在不连续工作模式下,存在与基本开关频率不同的谐振频率,因此在低频范围内,会产生开关频率以外的频段噪声。
最大占空比(MaxDuty)输出电压设置范围
上下Nch配置的同步整流DC/DC转换器的最大占空比MaxDuty和输出电压之间有什么关系?
输出电压的上限受MaxDuty的限制,输出电压通过以下公式计算:
Vo=MaxDuty×(Vin-Io×Ron)-Io×DCR
Vo:输出电压,Vin:输入电压,Io:输出电流,Ron:高边MOSFET的导通电阻,DCR:电感的串联电阻
Vo=MaxDuty×(Vin-Io×Ron)-Io×DCR
Vo:输出电压,Vin:输入电压,Io:输出电流,Ron:高边MOSFET的导通电阻,DCR:电感的串联电阻
当输入电压和输出电压差较大时,为什么需要通过多个DC/DC转换器进行降压(比如分两步降压)?
IC具有最小导通时间限制,这种限制决定了可以降压的最小电压。特别是当开关频率较高时,最小导通时间在周期中所占比例增加,从而无法获得预期的降压电压。作为其对策,可以采取例如分两步降压的方法。
最小导通时间Ton(min)
同步整流DC/DC的MaxDuty是否受最小导通时间Ton(min)的影响?
受影响。
如何确定限制同步整流DC/DC转换器输出电压下限的最小导通时间Ton(min)?
Ton(min)取决于IC。
最大占空比(MaxDuty)
高低边晶体管均由Nch MOSFET组成的同步整流DC/DC转换器的最大占空比MaxDuty是根据什么确定的规格?
IC的内部电路。
为什么在高低边均由Nch组成的同步整流DC/DC转换器中限制MaxDuty不达到100%?
高边Nch MOSFET的导通需要自举电路,为了给其升压电容器充电,需要低边MOSFET必须导通且开关引脚处于“L”状态。而这需要相应的时间,故对MaxDuty产生限制,达不到100%。
高低边Nch配置的同步整流DC/DC转换器的自举电路中的电容器值会影响MaxDuty吗?
通常,MaxDuty公式中不包括自举电容器的参数,但是如果电容值过大,就会影响到MaxDuty。请按照技术规格书中的推荐值使用自举电路的电容器。
其他评估中的DC/DC转换器IC的输入电压为7~35V、输出电压为0.8V~Vin,可否在输入35V、输出0.8V等输入输出电压差较大的条件下使用?
可以根据该IC最小导通时间的规格来计算可用性。例如,如果最小导通时间为250ns,则当开关频率为100kHz时,最小导通占空比为250ns/(1/100kHz)×100=2.5%。输入电压35V时的最小输出电压为35V×2.5%=0.875V。如果是可以选择开关频率的IC类型,可以通过降低开关频率来对应。但是,电感和输出电容的值会变大。
想估算用于热设计的每个组成元器件的发热量。是否有诸如手动计算和仿真等方法?
关于发热量的估算,有通过热阻计算和使用热流体模拟器进行计算两种方法。手动计算的话,需要根据热阻进行计算。计算所需的参数(如热阻)在各元器件的技术规格书中应该会提供。
请教一下DCDC转换器的升压原理。
与降压一样,由电感积蓄能量并通过导通和关断来转换电压,但是电路构成不同。当低边开关晶体管导通时,将能量积蓄在电感中。当低边开关晶体管关断时,输入电源的能量和积蓄在电感中的能量被供给输出端。通过重复该工作,可以产生高于输入电压的电压。
Icc是表示什么电流的符号?
通常表示电源IC本身的电路电流。
与LDO相比,DC/DC转换器的缺点之一是其成本比LDO高,是否是这样?
DC/DC转换器通常需要更多的外置元器件,因此在成本方面LDO更具优势。
如何确定反馈电源IC输出电压的误差放大器的基准电压?
由于基准电压是电源IC可以输出的最低电压,所以电源IC的基准电压应该尽量低。然而,电压越低,精度和抗噪性越低,因此目前主流的基准电压为0.7V~1.0V左右。
当作为电机驱动器的电源使用时,针对电机启动时突然出现的负载变化,选择LDO或DC/DC转换器时应考虑哪些因素?
对于电机应用来说,在很多情况下需要特别考虑反电动势的影响,如果反电动势超过电源IC的耐压,就会有损坏电源IC的风险。因此,需要考虑到反电动势因素来选择具有足够耐压余量的电源IC。
来源“ techclass.rohm