DCDC有异步整流(使用二极管续流)和同步整流(用MOS代替二极管)两种,本文以同步整流的降压Buck作为主要介绍对象。

1、DC-DC产品分类

  • DC/DC控制器:MOSFET外置,散热容易,在高功耗场景中可实现高可靠性
  • DC/DC转换器:集成MOS,使用MOS相同的情况下,MOS内置让走线阻抗变短,效率有相应提升,也比较有价格优势,散热相对较差
  • 电源模块:集成磁性元件(电感),进一步节省器件成本,内置也减小了寄生电感

2、同步Buck常见工作模式

  • 连续导通模式 (CCM) :电感电流(IL)连续, 开关频率固定 负载电流大于峰峰值电感电流纹波的一半
  • 不连续导通模式 (DCM) 当负载电流小于峰峰值电感电流纹波一半时 开关频率固定
  • 脉冲频率调制模式 (PFM) :skip状态, 轻负载条件下 开关频率下降,可以提升效率,但输出纹波会比较大
  • 强制脉冲宽度调制模式 (FPWM) :强制连续打波, 在包括轻负载在内的任何条件下 开关频率固定

3、同步Buck的基本引脚与功能

        接下来以TI的DCDC同步buck转换器LMR51460-Q1为例讲解同步Buck的基本引脚与功能,芯片链接为:LMR51460-Q1 数据表、产品信息和支持 | 德州仪器 TI.com.cn。图1为LMR51460-Q1简化原理图,主要概括了芯片引脚与外围:

图1 LMR51460-Q1简化原理图

  • VIN:芯片输入。
  • EN:芯片使能,一般和VIN接一起,控制芯片内部逻辑的开通关断。通常与VIN、AGND间接一个分压电阻,实现外部欠压保护。
  • RT:频率设置引脚。通过频率电阻线性调节频率,RT开路为440kHz,RT接地为1MHz。
  • PG:芯片正常工作的状态监测引脚,FB在阈值范围外(芯片欠压或过压)时输出0。
  • PGND:电源地,与内部MOS的源(S)极相连,输入电容Cin接PGND。
  • AGND:模拟地,芯片内部逻辑电路的零电压基准,一般通过单点连接与PGND相连,避免干扰。
  • FB:芯片基准电压反馈输入,通过分压电阻调节芯片输出。
  • SW:开关输出,与高边MOS的源(S)极与低边MOS的漏(D)极及电感相连。
  • BOOT:高边MOS驱动信号,通过自举电容与SW相连。

        图2为LMR51460-Q1功能框图,主要介绍了芯片的内部功能模块:

图2 LMR51460-Q1功能框图

  • LDO:线性稳压模块,为芯片的逻辑电路供电。
  • Internal SS:芯片内置软启动电路。
  • OV/UV Detector:通过检测FB实现的过压/欠压保护检测
  • EA:误差放大器,将FB与Ref的误差放大,通过Rc,Cc的Comp补偿在加上slope斜坡补偿,通过比较器控制PWM control logic内部的SR触发器
  • TSD:热关断
  • Freq Foldback:频率返回信号
  • Zero Cross:芯片过零检测,提高轻载工作效率
  • HICCUP Dectector:打嗝模式检测,短路保护芯片会进入打嗝模式,间隔相应周期检测芯片是否恢复正常工作。
  • HS(LS) I Sense:高边与低边的电流采样,做电流环

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