互换娇妻爽文100系列推荐|后营露宿2接档|红尘影院免费观看电视剧|狠狠人妻久久久久久综合蜜桃|黑人60厘米全进去了|黑料网今日黑料首页

BOOST拓?fù)鋺?yīng)用指南

If you have any questions please contact wesley-lin@silicontent.com

sales@silicontent.com

1 Boost控制器應(yīng)用場景

2 Boost電路組成

3 計(jì)算相關(guān)參數(shù)

• 電感選型、采樣電阻選取、采樣消隱、斜坡補(bǔ)償設(shè)置、MOS管選型、續(xù)流二極管選型、輸出電容選擇、輸入電容選擇、使能控制實(shí)現(xiàn)、輸出電壓設(shè)定、補(bǔ)償元件參數(shù)的計(jì)算

4 控制器選型與推薦

摘要

BOOST是開關(guān)電源中的三種基礎(chǔ)拓?fù)渲唬瑧?yīng)用于供電電壓低但負(fù)載需要得到比輸入電壓更高的場景。如汽車中的車燈、音響功放、中控、T-BOX、激光雷達(dá)等。

因應(yīng)用場景的電壓和功率各不相同，內(nèi)置MOSFET升壓轉(zhuǎn)換器的功率及耐壓有時會受限。內(nèi)置MOSFET若是用單Die工藝成本會比市面上成熟的分立MOSFET高，且分立的MOSFET很多樣也易選擇；若采用多Die合封，可靠性和熱及靈活性受到限制。

這時控制器加外置MOSFET的方式是個高性價比的不錯選擇。功率器件外置后給應(yīng)用者帶來了一定的器件選型挑戰(zhàn)。本篇內(nèi)容我們將基于BOOST控制器SCT8162xQ系列中SCT81620的BOOST拓?fù)鋺?yīng)用參數(shù)計(jì)算進(jìn)行梳理。

示例規(guī)格如下：

輸入：DC6V-16V，耐壓需要36V；

輸出：DC43V 1.4A

輸出紋波：±3%@靜態(tài)，±5%@動態(tài)

目錄

1 摘要 Boost控制器應(yīng)用場景1

2 Boost電路組成3

3 計(jì)算相關(guān)參數(shù)4

3.1電感選型4

3.2采樣電阻選取4

3.3采樣消隱、斜坡補(bǔ)償設(shè)置5

3.4 MOS管選型5

3.5續(xù)流二極管選型6

3.6輸出電容選擇6

3.7輸入電容選擇7

3.8使能控制實(shí)現(xiàn)7

3.9輸出電壓設(shè)定8

3.10補(bǔ)償元件參數(shù)8

4 控制器選型與推薦9

二、電路組成

電路的功率拓?fù)浯_定后，功率級參數(shù)關(guān)乎系統(tǒng)效率和EMI及成本等。

器件選型可先完成功率級器件參數(shù)設(shè)定，再通過補(bǔ)償級的阻容參數(shù)配置使系統(tǒng)穩(wěn)定工作和提供足夠的負(fù)載動態(tài)響應(yīng)等。

規(guī)格確認(rèn)

1、SCT81620Q芯片輸入電壓范圍：3.2V-50V，寬于示例要求的輸入電壓DC6V-16V和耐壓36V。

2、 占空比Dmax=1-η*Vin_min/(Vout+Vd)=1-0.9*6/43.6=0.876，系統(tǒng)效率預(yù)設(shè)90%.

根據(jù)規(guī)格書開關(guān)頻率設(shè)置在400KHz 是可以維持91%占空比,示例選擇350KHZ。

根據(jù)Dmax=1-Toff_min*Fsw,若Toff_min固定則通過調(diào)整Fsw也是可以改變Dmax。

實(shí)際上SCT81620的Toff_min與Fsw是成反比的，不是個固定值。

RFA=(19700/350)-1.177=55K?，選標(biāo)準(zhǔn)阻值56 K?

三、計(jì)算相關(guān)參數(shù)

3.1電感選型

為避免應(yīng)用過程中電感飽和，須保證電感峰值電流不可大于電感的飽和電流，BOOST拓?fù)潆姼蟹逯惦娏髯類毫訔l件是負(fù)載滿載且在VIN_min時。根據(jù)伏秒平衡及電感電流的紋波率可計(jì)算出電感量，其中紋波率取20%-40%，性價比是最高的。電感量過小，電感電流紋波大，電感飽和電流就得要選的更大，開關(guān)管的溫升也會高，甚至EMI問題也會比較明顯；電感量過大，電感電流紋波會比較小，但導(dǎo)致動態(tài)響應(yīng)變差，尺寸也會比較大，成本甚至增加。

電感的平均電流I_L=Io/(1-D)=1.4/(1-0.876)=11.29A

電感的紋波電流△I_L，基于紋波率選擇30%?！鱅_L=0.3*I_L=3.39A

電感峰值電流I_PK=I_L+△I_L /2=12.98A。

考慮預(yù)留20%余量，可選取≥16.22A飽和電流的電感

開關(guān)頻率fsw上面已預(yù)設(shè)為 350KHz

電感量L=(Vin_min*D)/( △I_L*fsw)=(6V*0.876)/( 3.339A*350KHz )=4.43uH，如選擇標(biāo)準(zhǔn)值4.7uH。

3.2采樣電阻選取

BOOST拓?fù)湎蘖麟娮杓床蓸与姼械姆逯惦娏?。根?jù)I_PK考慮預(yù)留10%余量，限流點(diǎn)可設(shè)置14.42A。

根據(jù)I_{PEAK_CL}=(Vsense-40uA*RSL*D)/RSNS146.5mV/14.42A=10.16mohm

初步選擇10mΩ，此值是基于無外部斜坡補(bǔ)償，RSL=0Ω狀況。若不是0Ω，還需要結(jié)合RSL值。

電阻是耗能元器件，選型時一定要評估所選的電阻額定功率是否滿足要求。

根據(jù)P_RSNS= I_{PEAK_CL}^2* RSNS=14.42A*14.42A*0.01=2.08W，選擇3W，1%精度的2512封裝

3.3采樣消隱、斜坡補(bǔ)償設(shè)置

因寄生參數(shù)，外置開關(guān)管的每次開啟不可避免帶來開關(guān)毛刺，甚至可能會引起內(nèi)部誤動作。為了消除開關(guān)毛刺的影響，采樣延時或外接RC濾波電路是必要的。防止高占空比下的次諧波振蕩，SCT81620Q 提供了內(nèi)部固定補(bǔ)償加外部可選的可調(diào)整斜率補(bǔ)償方式。

當(dāng)內(nèi)部斜率補(bǔ)償不夠大的，需要使用外部RSL額外斜率補(bǔ)償。根據(jù)峰值電流?？刂评碚摚甭恃a(bǔ)償中的斜坡斜率必須大于電感電流下降斜率的一半，設(shè)置0.75為佳，以防止高占空比下的次諧波振蕩。

根據(jù)(40uA* RSL+90mV)*fsw/(((Vo+Vd)-VIN )*RSNS /L)=0.39<0.75

建議外加斜率補(bǔ)償。根據(jù)以上公式，RSL可取560?, RSNS需改為9m?，當(dāng)外加斜率補(bǔ)償后其限流值也跟著變化，所以采樣電阻的選擇是一個不斷迭代過程。

外接RC濾波時，在消隱的這段時間內(nèi)，芯片不會對過流做出反應(yīng)，即導(dǎo)通時間小于2*RSL*CSL時，峰值電流限制無效,且此過流點(diǎn)隨供電電壓的變化而變化。

根據(jù)在關(guān)斷期間要使 CSL完全放電，RC時間常數(shù)應(yīng)滿足3*RSL*CSL<(1-D)/fsw

可推出CSL<214PF。

根據(jù)(1-Vin_max/Vo)/fsw>2*RSL*CSL可計(jì)算出限流有效對應(yīng)的最高供電電壓為39.6V。

3.4 MOS管選型

MOSFET是電源核心器件之一，其選型關(guān)乎到系統(tǒng)的性能和成本等；也是系統(tǒng)中主要的熱源之一，車載應(yīng)用大多是在密閉環(huán)境中，考慮散熱處理及生產(chǎn)方便我們可以選擇貼片的封裝如5mm*6mm ，也可利用鋁制外殼當(dāng)散熱器。基于DC/DC應(yīng)用中的MOSFET常見失效模式，可重點(diǎn)評估MOSFET的雪崩與SOA兩個指標(biāo), 選擇正確的MOSFET規(guī)格也是一個迭代過程。

1. 驅(qū)動電壓

根據(jù)控制器的驅(qū)動電壓為6V，我們可選擇4V及以下開啟的，考慮車載應(yīng)用環(huán)境可以選擇4V也利于提高抗干擾。

1. 耐壓

Vds>1.25*(Vo+Vd)=1.25*(43+0.85)=54.8V,選取耐壓60V

1. 額定電流的初步范圍確認(rèn)

Id>(3-5)*IPEAK_CL=(3-5)*14.42A=43A-72A

1. Qg

當(dāng)頻率超過100KHz后，由于MOSFET的G、D、S各極之間存在寄生電容，驅(qū)動時電容存在充放電電流和充放電時間從而產(chǎn)生損耗，因此必須注意MOSFET的柵極電荷Qg,輸出電容Coss,以及柵極驅(qū)動電阻對開關(guān)損耗的影響。其中總柵極電荷 (QG_total)是重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)，不能大到足以使內(nèi)部 VCC 穩(wěn)壓器置于電流限制狀態(tài)，SCT81620雖沒有電流限制，考慮功耗建議根據(jù)如下限定。

Qg<70mA/fsw=200nF

1. 熱評估

根據(jù)前面4個步驟，初步可選用IAUC60N06S5N074（7.4m?@60V60A）。為了確保MOSFET可靠性，通常最大工作結(jié)溫降低 10°C 至 25°C，常用FR4材質(zhì)的PCB，溫度上限為110度左右。

根據(jù)所選擇的MOSFET參數(shù)計(jì)算溫度降額后電流

Id(25℃@Vgs=6V)=sqrt((Tjmax-Tc)/(Rdson_max*a*Rθjc))

= sqrt((175℃-25℃)/(11m?*1.62*2.9K/W))=53.87A

Id(110℃)=Ids(25℃)*(Tj-Tc)/(Tjmax-25℃)=53.87A*(150℃-110℃)/(150℃-25℃)

=17.2A> I_{PEAK_CL}

再根據(jù)MOSFET損耗來判斷MOSFET本身的熱阻是否可以滿足散熱要求，其中導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、驅(qū)動損耗占大頭。也可根據(jù)對MOSFET實(shí)測波形用線性近似法來對各個時間范圍進(jìn)行分割從而計(jì)算功率損耗。必要的話需外加散熱器輔助散熱。

3.5續(xù)流二極管選型

車載應(yīng)用一般是密閉環(huán)境，溫度會比較高。因此續(xù)流二極管選型時，除了低 VF之外，從降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)的觀點(diǎn)來看，低 IR特性和封裝的散熱性能也變得非常重要。還需特別注意，因升壓拓?fù)鋯C(jī)瞬間輸入輸出存在必然通路所以續(xù)流二極管需能承受此浪涌電流。

二極管的反向額定電壓必須大于負(fù)載電壓，Vrrm>1.25*Vo=1.25*43V=53.75V,選取耐壓60V

續(xù)流管電流ID=(3~5)*Io=(3~5)*1.4A=4.2A~7A ，如選擇DIODES的PDS760Q

3.6輸出電容選擇

① 耐壓

(1.25-1.5)*Vo=1.25*43V=53.75V，可以選擇63V。

② 容量

考慮負(fù)載10%-90% 階躍時，即從0.14A至1.26A變化，輸出電流全由輸出電容提供，輸出電壓變化量不超過5%=2.15V，此時對電容量要求最為苛刻，所以輸出電容必須足夠大，提供芯片足夠時間響應(yīng)，從而將輸出電壓保持在指定范圍內(nèi)。BOOST拓?fù)溆捎谑窃赥off時能量傳遞至輸出，存在不可補(bǔ)償?shù)挠野肫矫媪泓c(diǎn)，因此系統(tǒng)響應(yīng)帶寬建議設(shè)置在1/10-1/3右半平面零點(diǎn)。基于低ESR選用MLCC陶瓷電容，需考慮電容精度、MLCC直流偏置。

1. 右半平面零點(diǎn)頻率

f_rhpz=(Ro(1-D)^2)/(2π*L) =((43/1.4)*(1-0.87) ^2)/(6.28*4.7uH)=17.58KHz

2）若取1/5的f_rhpz作為帶寬頻率fc=3.516KHz

根據(jù)電容方程I×?T=C×?U；I=?Io=1.12A，?T=0.3/fc，?U=2.15V

可推出輸出電容值：

Cout>0.3*?Io/(fc*?Vo)=0.3*1.12A/(3.516KHz*2.15V)=44.44uF

可以選4個63V 2220封裝的22uF 。

考慮成本及大容量選用電解電容時，需注意其耐紋波電流以及ESR的影響，ESR應(yīng)盡量小。輸出電容第一任務(wù)是濾除輸出高頻紋波，但因ESR產(chǎn)生的零點(diǎn)頻率與穿越頻率范圍相當(dāng)，會影響穿越頻率附近的增益大小與相位。應(yīng)用中電解電容同時并聯(lián)MLCC提高濾波效果。

3.7輸入電容選擇

BOOST拓?fù)涞妮斎腚娙蓦娏骶哂羞B續(xù)性。由于電感電流的變化，引起輸入電容充放電和內(nèi)部ESR使得電容電壓存在紋波，不同客戶對輸入電壓紋波要求不同，建議輸入有足夠的電容量以使輸入電壓紋波在規(guī)定范圍內(nèi)，示例按200mV。

① 耐壓

(1.25-1.5)*VINmax =1.25*36V=45V可以選擇50V

② 容量

基于低ESR首選MLCC陶瓷電容，但容量也相對較小，其容值對紋波起決定作用。根據(jù)如下公式可以計(jì)算出來容值為5.659uF, 可以選3個50V 1210封裝的10uF。

Cin>VINmin*D/(8*fsw*fsw*L*?Vin)

=6*0.874/(8*350KHz*350KHz*4.7uH*200mv)=5.69 uF

3.8使能控制實(shí)現(xiàn)

通過將SD的PIN腳上拉超過1.3V即可實(shí)現(xiàn)關(guān)斷芯片。

需注意 SCT81620此PIN腳耐壓是5.5V。

3.9輸出電壓設(shè)定

考慮電壓精度和避免噪聲干擾及損耗，建議R_BOT取值在60K?內(nèi)，這里選擇24.9K?，根據(jù)給定的反饋參考電壓 Vref=1.26V，可以計(jì)算出分壓電阻R_TOP的值。

R_TOP=R_BOT*(Vo/Vref-1)=24.9K*(43V/1.26V-1)=825K?

3.10補(bǔ)償元件參數(shù)的計(jì)算

由于功率級電路部分含有LC器件所以環(huán)路增益會有時間的延遲或相位差異，所以誤差放大器需有頻域的增益大小與相位補(bǔ)償。SCT81620/Q的誤差放大器采用電壓控電流型運(yùn)放結(jié)構(gòu)，且采用峰值電流控制模式。

BOOST拓?fù)溆捎谑窃赥off時能量傳遞至輸出，存在不可補(bǔ)償?shù)挠野肫矫媪泓c(diǎn)，因此系統(tǒng)帶寬fc建議設(shè)置在1/10-1/3的右半平面零點(diǎn)。

通過設(shè)置R_C提供足夠的相位裕量，根據(jù)零極點(diǎn)抵消法，C_C1的選取需要將其與R_C生成的補(bǔ)償器零點(diǎn)放置在功率級負(fù)載極點(diǎn)處(輸出電容與負(fù)載等效阻抗產(chǎn)生的極點(diǎn))或略高的地方如0.1*fc。相關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下：

1. 補(bǔ)償電阻

Rc=(2π*fc*Co*Vo*Vo)/(Gea*0.24/Rsns*Vref*Vinmin)

=(6.28*3.516KHz*43V*43V*44uF)/(900us*0.24/9m?*1.26V*6V)=9.9K?取10K?

1. 補(bǔ)償電容

C_C1=1/()=1/(6.28*10K*0.1*3516Hz)=45.28nF取47nF

C_C2產(chǎn)生的高頻極點(diǎn)是用來抵消輸出電容的ESR零點(diǎn)，當(dāng)輸出電容為陶瓷電容時，由其ESR零點(diǎn)頻率遠(yuǎn)高于工作頻率，所以，對于采用陶瓷輸出電容的應(yīng)用C_C2可以被省略掉。輸出電容若是電解電容，帶寬需要低一些，另需要注意ESR隨溫度變化影響環(huán)路的問題。

四、控制器選型與推薦