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刘秀英

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DC-DC Boost电路外围元器件如何选择?

升压稳压器特点:
为满足低压应用中的某些特定的较高电压需求,升压DC-DC稳压器将低输入电压转换为高输出电压,典型电路组成包括:电感器、功率MOSFET、整流二极管、控制IC、输入和输出电容器。
常见的改进型配置一般使用两个MOSFET,第二个MOSFET替换整流二极管,在电源开关关闭时打开。MOSFET具有较低的电压降,这大幅减少了功耗,同时提高了稳压器的效率。此外,有些稳压器还带有保护功能,针对超温、输出短路、开路负载条件和输入过流等情况提供保护。
外围元器件选择
高转换效率、低纹波、低噪声是我们电路实现的最终目标,所有的器件选择需要围绕这个需求展开。
1、电感选择
电感器是升压转换器的一个关键元件:能在电源开关接通期间存储能量,并在关断期间将存储的能量通过输出整流二极管传输至输出。
设计人员必须在低电感器电流纹波与高效率之间达到平衡。对于给定的物理尺寸,电感较低的电感器会拥有较高的饱和电流和较低的串联电阻,但较低电感会导致更高的峰值电流,进而使能效降低,纹波增大和噪声提高。
2、输出电容选择
输出电容器可减少负载纹波,帮助在负载瞬态期间提供稳定的输出电压。当考虑电容的ESR时,输出电压的纹波为:
为了减小输出的纹波,需要比较大的输出电容值。但是输出电容过大,就会使得系统的反应时间过慢,所以建议使用100uF电容。如果需要更小的纹波,则需要更大的电容。
当输出连接大负载的时候,ESR造成的纹波将成为最主要的因素,同时ESR又会增加效率损耗,降低转换效率。所以建议使用ESR低的钽电容,或者多个或X7R陶瓷电容器并联使用。其他类型的电容器可能具有较高的ESR,会降低转换器效率。
3、二极管
用于整流二极管对DC-DC效率影响很大,虽然普通的二极管也能够使得DC-DC电路工作正常,但是会降低5~10%的效率,所以建议使用正向导通电压低、反应时间短的肖特基二极管,例如1N5817、1N5819、1N5821、1N5822等。
具体参数上,二极管的平均正向额定电流必须等于或高于最大输出电流,重复峰值正向额定电流必须等于或高于电感器峰值电流,反向击穿电压必须高于内部电源开关额定电压。
4、输入电容
如果输入电源稳定,即使没有输入滤波电容,DC-DC电路也可以输出低纹波、低噪声的电流电压。但是当电源离DC-DC电路较远,建议在DC-DC的输入端加上10uF以上的滤波电容,用于减小输出的噪声。
DC-DC升压稳压器具有高速开关特征,对PCB布局非常敏感:寄生电感和电容可能导致高输出纹波、输出稳压效果不佳、电磁干扰 (EMI) 过大,甚至因高电压尖峰而导致故障。因此,外围元件应靠近IC芯片,接地节点应靠近IC电源接地引脚,以最大程度减小回路面积,电源接地、信号接地和导热垫也应该在单个低阻抗接地点连接在一起。

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