DC-DC电源培训_2011-07-23

1k
10k
20K
100k
1M
FREQUENCY 摆放位置
计算公式
Type III补偿
电容低 ESR*C
Gain
0db
Type III
Vo
-40db/dec
-35db -20db/dec
Phase
0
1k
10k
20K
100k
1M
-90
-180
1k
10k
20K
100k
1M
GM 放大器补偿
FREQUENCY 摆放位置
trise
例如:
45ns ; tfall 45ns 1 25 12 40n 40n 300 K 3.6W 2
PHigh side(switchingloss)
PHigh side(conductionloss) 25 2 8.6m 0.1 0.54W PHigh side Pconduction Pswitching 4.14W
Pd Pconduction Pswitching
Tj max Tamb R JA PDHigh / Low
side
MOS Switching Losses
Quiz: Why？
MOS FET 寄生电容
MOS Switching loss
Qg
Trising/Tfailing
f sw :
ESR :
C:
I c max :
开关频率 总的输出电容的内阻 输出电容的容值

I ripple : 最大输出纹波电流
最大输出电流
输出电感滤波
L
TRANSIENT CURRENTS
电流变化
IIO
O
IL
IO
C ESR
IIL
L
IC
IIC
C
ESL
TRANSIENT VOLTAGES
Vin
S2
Is2
2A
Is2
2A
IL
2A 0A
IL
2A 0A
标准 Buck vs. 同步Buck
标准 Buck (5A)
IL Va
S1 S2 L S1 C S2
同步 Buck (5A)
IL Va
L
Is2
Is2
C
Vin S1 S1
Vin
S2
Is2
5A
Is2
5A
IL
5A
IL
5A
0A
0A
补偿环路
VIN PWM Comparator Driver Logic
RT8120A&APW7165/APW8720&UP1503/UP1529 介绍
Pin 图
RT8120
APW7165/APW8720
UP1503
UP1529
RT8120&APW7165&UP1529参数对比
参数
Input Voltage Internal Reference Shoot-Through
yes
yes yes 0% to 90% yes yes yes
yes(pin 3 setting )
yes yes 0% to 90% yes yes yes
RT8120功能方框图
典型应用原理图
Internal Soft-Start Control
T1 T2 T0 T3
T4
VCC Internal VDD VIN LGATE
RT8120
4.5V-13.2V 0.8V±1%, 0.6V±1.5% yes
AP7165
5V-12V 0.8V±1% yes
UP1529
5V-12V 0.8V±1%, 0.6V±1.0% yes
Short Pulse
Fixed Frequency Soft-Start
yes
300KHZ yes
yes
DC-DC Power Training
主 日
讲：吴绪宇 期：2011.7.25
主要内容：
Buck 工作原理 RT8120A&APW7165/APW8720&UP1503/UP1529 介绍 基本功能和保护 补偿原理 RT8807&UP1610&APW7088 介绍 基本功能和保护
UGATE LOUT PHASE LGATE VREF COUT VOUT
∆VOSC
GM
FB RFB1 RFB2 COMP CC RC CP VCOMP
对地补偿
PWM内部基本工作原理
PWM: Pulse Width Modulation
vramp
vout
vramp↑ Duty ↑ vout
↑
Gain 补偿环路
OCSET Charging
UGATE
Internal SS Vout Internal EN
COMP
OCSET POR
Enable Threshold=0.55V
UVLO
Bulk 输入电容
★★ ★
1,Highside _ on
I CAP I o I in High side MOSFET ON 2,Lowside _ on I CAP I in High side MOSFET OFF o I in D I in D I in D I O I 1
电压变化
VV ESR
ESR
IC dV dt C
dI C dV ESR dt dt
V VC
C
VV ESL
ESL
V VO
O
输出电感
I C max C ESR dI C dI V ESR l ESR dt dt L
ESR C L V I C max
di Vin Vout dt L Vin Vout Vin Vout 1 Ton D L L f sw I ripple Vin Vout 1 1 Vout 2 D Vout L f sw Lf sw Vin
IL,on IL,off
IL Io IL
I L V * T L ( Vin Vo) * Ton ( Vin Vo) * D * Ts L L Vo * Toff Vo * (1 D) * Ts L L
IL,on IL,off
( Vin Vo) * D * Ts Vo * (1 D) * Ts L L
计算公式
RT8120A&APW7165/APW8720&UP1503/UP1529 介绍
基本描述： RT8120&AP7165/APW8720&UP1503/UP1529为单phase的同步降压控制器， 可驱动双N-MOSFET, 内部参考电压0.8V或者0.6V，频率可调到300KHZ,具有 高精度、高性能、可调输出电压功能，外部补偿，周边器件简单。 特性： 输入电压为4.5v-13.2v； 内置升压二极管； 0.6 or 0.8内部参考电压； 短路保护和打嗝技术； 工作频率可调； 内部软启动功能； MOSFET Rdson过流保护侦测功能； 具有EN控制功能； 驱动双N-MOS; D 0%~90% 快速反应功能； 外部电压控制环路； UVP、OVP保护功能 SOP-8 PACKAGES
MOS 导通损耗
Highside Mosfet Conduction Power Loss Pd Id * Rds (on) * D Low side Mosfet Conduction Power Loss Pd Id * Rds (on) * (1 - D)
High, Low Side MOS开关损耗
2013/7/30
14
ESR对PM和BW影响
Type II 补偿解析
电容高ESR*C
1 2R2 C1 R2 R1 1 2R2 C2
Gain
0db -40db/dec
Type II
Vo C2
-20db/dec
R2 C1 R1
20K
-35db
Phase
0
1k
10k
100k
1M
-90
-180
★★★ Voltage Derating
I rms cap
1 T
I cap dt
2

I O
/ n I IN

2
D I IN
1 / n
2
D
IO
D 1 / n D
Bulk 输入电容
举例:
1 I rms cap I O D n D
Vin+ Vgs
Vin
IL
Va
S1 S2 L
S1
Vin
C
Id
IC
Va
Io
IQ
Ug on
Io
Id
0A Io
IL Ic
0A
0A
Buck 工作原理
Vin+ Vgs
Vin IQ Va
S1 S2 L C
IL
S1
Vin IC
Va
Io
IQ
Io
Id
0A Io
IL Ic
∆IL
0A
0A
Buck变换器计算公式
电感电流 电感纹波电流 当S1 导通; S2 关闭 当S1关闭；S2导通
标准 Buck (0.5A)
IL 0.5A Va
S1 S2 L C S1 S2
同步 Buck (0.5A)
IL 1A Va
L
Is2 0.5A
C
Vin S1 S1
Vin
S2
Is2
0A
Is2
0A
IL
0A
IL
0A
标准 Buck vs. 同步 Buck
标准 Buck (1A)
IL Va
S1 S2 L S1 C S2


D=0.1 ，(D=1.2/12) , Imax=101A
1 I rms cap (3 p ) 101 0.1 3 0.1 15 .43A

Irms
cap( 4 P )

101
0.1
1 4
0.1
12 .37 A
例如 Sanyo 16SVPC270M 270uF/4070mA/16V I(ripple)=4070mA ,Temperature Multiplier is 1.7 at 85 degree C.
PLow side Pconductionloss 25 2 6m 1 0.1 3.38W
Tj max Tamb R JA PDHigh / Low
side
Tj max 25 C 50
o
o
C W
* 4.14W 232 o C 165 o C
同步 Buck (1A)
IL Va
L
Is2
Is2
C
Vin S1 S1
Vin
S2
Is2
1A 0A
Is2
1A 0A
IL
1A 0A
IL
1A 0A
标准 Buck vs. 同步Buck
标准 Buck (2A)
IL Va
S1 S2 L S1 C S2
同步 Buck (2A)
IL Va
L
Is2
Is2
C
Vin S1 S1
Rjc Rcs Rsa Junction --------------- Case ------------------- heatsink -------------------Ambient
输出滤波电感
1 Vout 2 L Vout I ripple f sw Vin Vin Vout L ESR C I c max
占空比 电感 输出电压纹波
D
Vo Vin
L
V * t ( Vin Vo) * D * Ts IL IL
IL 0.1 ~ 0.5 * Io
Vc
1 I * Ts Icdt Ic * ESR L IL * ESR C 8*C
标准 Buck vs. 同步 Buck
补偿原理
The end
Buck 工作原理
IQ Va
S1 S2 L
IL
S1
C
Id
Ic
Va
IQ
Io
Id
0A Io
IL Ic
0A
0A
Buck 工作原理
Vin+ Vgs
5V/12V IQ Va
S1 S2 L
Vin
IL
S1
Vin
C
Id
IC
Va
Io
IQ
S1 on
Io
Id
0A Io
IL Ic
0A
0A
Buck 工作原理
300KHZ yes
yes
300KHale Waihona Puke BaiduZ yes
OCP(Sensing MOSFET RDS(ON))
OVP En Duty Loop Compensation Under Voltage Protection Automatic PSM/PWM Modes
yes
NO yes 0% to 85% yes yes NO
Icap (3P) =4*1.7*3=20.4> 15.43(Icap(rms) ) 3pcs input cap Icap(4P)=4*1.7*2=13.6>12.37A(Icap(rms)) 2pcs input cap
PWM (High, Low Side MOS) 损耗
1 Io Vin trise tfall f sw 2 Pcondition loss I2 RDS on D Pswitching loss