SGM6132国产DCDC应用笔记-1
硬件工程师笔记 2023-03-16

背景。之前我们板卡用到的DCDC都是TI的芯片,如LMR14050等,用来提供我们需要的电压,如把12V/24V,转成5V/3.3V等。采购反馈该芯片未来有面临缺货的风险,所以选型了一款圣邦微的SGM6132作为替代。用之前,花了一小时多认真通读了一遍该芯片的datasheet,写的还是非常详细的,有一些必要的原理介绍。所以,这篇笔记用于整理芯片手册中,我认为比较重要、通用的知识点,加深记忆。也算是重新回顾下完整的非隔离式DCDC设计流程吧。


另外,也会补充一些datasheet上没有提到,但也比较重要的东西,比如layout guidelines——这是后面笔记中的内容了,本文只整理我认为datasheet中比较重要的内容。


一、绝对额定最大值(absolutemaximum ratings)要点

  • 过压注意事项。过压会造成芯片永久性的损坏,超过额定最大值条件,即使很短时间,可能会降低可靠性。因此,设计时,一定要考虑绝对额定最大值,如Vin,Vsw等,决不能超过它!

  • 敏感性注意事项。这里我就全部翻译吧,因为不能说的更好了,其实很多datasheet的这部分内容都是一样的,只是以前没特别注意过。“集成电路是可以被静电损坏的,如果你没有特别注意防护。圣邦微推荐,处理任何的集成电路,都应该有恰当的防护措施;否则会造成损坏。静电损害的程度可分为从轻微的功能损害,到芯片完全损害。特别的,精密的集成电路更容易受静电影响,因为很小的参数变化,就会让芯片达不到规格书上的指标了(如ADA4530-1这种偏置电流fa级别的运放)”。


二、器件选型

图1

以典型电路为例,见图1,结合datasheet的内容,我们分别看下器件选型的注意事项:


a.续流二极管。注意它的耐压和平均电流,耐压需要超过Vin_max,平均电流超过Iout即可。另外,为了减少正向压降和反向恢复造成的损耗,建议选型肖特基二极管(schottky)。从图2中可看到,典型电路中选取的B340A的反向耐压超过了buck的最高输入电压28.5V。

图2


b.电感。手册推荐的电感感值选取,居然是芯片电流限值(它的逐周期电流监测模式)的30%,精通开关电源里面详细讲了电感感值一般的选取原理:为了最小电感尺寸(较少成本)和最小电容电流(较小损耗),根据曲线拟合,一般是电感纹波电流△IL是电感平均ILavg的40%;适用于任何电源拓扑。这是电感感值的选取。还要核对下电感的饱和电流,和温升电流。t电感的平均电流ILavg+0.5△IL不能超过所选电感的饱和电流Isat,电感电流的有效值不能超过所选电感的温升电流Itemp。

以典型电路为例,我们计算下这个应用条件下,电感的Isat多少才能够吧(实际上,一般只看下Isat是否大于Ipeak即可,因为制造商生产出来的电感,Isat和Itemp是很接近的)。见图3.

图3


c.输入输出电容的选取,依据纹波要求和电流应力。在数据手册中解释的对输入输出电容选型解释的很清楚的。

先说输入电容吧,buck中的输入电容有传递能量的功能,这个从能量传递图中(参见精通开关电源)就能看出来:Ton期间,电容需要传递给后面电流,Toff期间会被充电。因此,buck中输入电容上的电流是脉动的,电压也会波动;通常芯片的输入电压波动不能很大的,跟它的敏感性有关,但datasheet一般不会写出来。因此,为了减小输入电压的波动,厂家建议使用ESR小的陶瓷电容。输入电容的电流应力也要注意,通常需要大于1/2*Io即可。一般,我们按照厂家的推荐就可以了,它的典型应用里用的是22uF,我们取个近似的值的陶瓷电容即可。当然,要注意陶瓷电容的直流偏压效应。


输出电容为了维持稳定的直流电压。它的纹波计算公式见图4。一般陶瓷电容可以忽略ESR的,因为非常小。输出电容选取,除了需要考虑纹波,还会涉及稳定性。

图4

一直有个疑惑,如输入电容需考虑有效值电流,不能超过电容的饱和电流限制。但陶瓷电容的ESR都非常小,是不是就不用考虑有效值电流限制了呢?也没在规格书看到这项呢。

总结:输入输出电容按照规格书推荐,我认为就可以的。


d.设计输出电压的分压电阻选型,一定要注意R2取值的范围,这个在datasheet中都有提到的。见图5

图5

c.缓启动电容选型。缓启动电容的作用有限制浪涌电流和短路保护的作用。尖峰电流很好理解,因为电容刚上电时,它两端的电压为0V,相当于短路,所有会有个很大的浪涌电流。短路保护就没弄明白呢。这个按照datasheet的值选就可以了,延时10ms,Css=0.1uF。


d.Cboost选型。这个按照datasheet推荐值就可以了,还可以像他们写的那样,串联个电阻。因为buck拓扑中,上管的栅极是浮地的,所以驱动起来比较麻烦,需加个Cboost才行。


以上就是本文全部的内容了,环路补偿和layout后面再说。



主要参考:

精通开关电源

SGM6132数据手册


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