34063 se utiliza para analizar las ventajas y desventajas del convertidor dcdc bidireccional

Catálogo de convertidores CC/CC

1. Bomba de carga

1. Principio de funcionamiento 2. Cómo generar el modo duplicador de voltaje 3. Eficiencia 4. Aplicación de la bomba de carga 5. Puntos clave para seleccionar una bomba de carga

2. DC/DC inductivo

1. Principio de funcionamiento (BUCK) 2. Selección de diodos rectificadores 3. Tecnología de rectificación síncrona 4. Inductor Características Selección 5. Selección del condensador de entrada 6. Selección del condensador de salida 7. Topología de BOOST y BUCK 1. Bomba de carga

1. Principio de funcionamiento 2. Cómo generar el modo de duplicación de voltaje 3. Eficiencia 4. Carga Aplicación de la bomba 5. Puntos clave para la selección de la bomba de carga

2. CC/CC inductiva

1. Principio de funcionamiento (BUCK) 2. Selección de diodos rectificadores 3. Tecnología de rectificación síncrona 4. Inductor 5. Selección de condensador de entrada 6. Selección de condensador de salida 7. Topología de BOOST y BUCK

Expand DC/DC es un chip de fuente de alimentación conmutada. La fuente de alimentación conmutada se refiere al uso de las características de almacenamiento de energía de capacitores e inductores para realizar acciones de conmutación de alta frecuencia a través de interruptores controlables (MOSFET, etc.) para almacenar la energía eléctrica de entrada en el capacitor (inductor) cuando se gira el interruptor. apagado, la energía eléctrica se libera nuevamente. Proporciona energía a la carga. Su potencia de salida o capacidad de voltaje está relacionada con el ciclo de trabajo (la relación entre el tiempo de conducción del interruptor y el ciclo completo del interruptor). Las fuentes de alimentación conmutadas se pueden utilizar tanto para aplicaciones elevadoras como reductoras. Hay dos tipos de productos DC-DC que utilizamos habitualmente. Una es una bomba de carga (Charge Pump) y la otra es un convertidor CC-CC de almacenamiento de energía inductivo. Este artículo explica en detalle el conocimiento relevante de estos dos productos DC/DC. Edite este párrafo 1. Bomba de carga

La bomba de carga es un producto CC-CC de almacenamiento de energía capacitivo que se puede usar para aumentar o reducir el voltaje, y también se puede usar para salida de voltaje inverso. La bomba de carga elimina los campos magnéticos y las interferencias electromagnéticas asociadas con inductores y transformadores.

1. Principio de funcionamiento

La bomba de carga utiliza un condensador externo de carga rápida (condensador volador) y cambia internamente a una determinada frecuencia para cargar el condensador y combinarlo con el voltaje de entrada. , realice una conversión de impulso (o reducción). Finalmente, se emite a voltaje constante. Hay un circuito de retroalimentación negativa dentro del chip para garantizar la estabilidad del voltaje de salida. Como se muestra en la figura anterior, Vout se divide por R1 y R2 para obtener el voltaje V2. Se compara con el voltaje de referencia VREF y pasa a través del. amplificador de error A para controlar el tiempo de carga y la carga del voltaje del condensador de carga para alcanzar un valor estable. La bomba de carga puede cambiar continuamente su voltaje de salida según la entrada de voltaje de la batería. Por ejemplo, puede ejecutarse en modo 1,5X o 1X. Cuando el voltaje de entrada de la batería es bajo, la bomba de carga puede producir un voltaje de salida equivalente a 1,5 veces el voltaje de entrada. Cuando el voltaje de la batería es alto, la bomba de carga funciona en modo 1X. En este momento, la bomba de carga de carga solo transfiere el voltaje de entrada a la carga. Esto reduce la corriente de entrada y la pérdida de energía cuando el voltaje de entrada es mayor.

2. Cómo generar el modo de duplicación de voltaje

Tome el modo 1.5x como ejemplo para explicar: la conversión de voltaje se completa en dos etapas. Primera Fase En la primera fase, C1 y C2 están conectados en serie. Suponiendo que C1 = C2, el capacitor se carga hasta que el voltaje del capacitor sea igual a la mitad del voltaje de entrada VC1 -VC1-=VC2 -VC2-=VIN/2 Segunda etapa En la segunda etapa, C1 y C2 están conectados en paralelo y conectados entre sí. VIN y VOUT. VOUT=VIN VIN/2=1.5VIN

3. Eficiencia

La eficiencia de la bomba de carga está determinada por el modo de refuerzo de la bomba de carga, el voltaje de entrada y el voltaje de salida. Si el voltaje se aumenta en modo de voltaje 2x, su eficiencia es Vout/2Vin. Cuanto menor sea el voltaje de entrada, mayor será la eficiencia.

4. Aplicación de la bomba de carga

En nuestro diseño, las bombas de carga se utilizan a menudo como controladores LED de luz blanca y generalmente se utilizan en chips controladores de retroiluminación LCD paralelos en teléfonos móviles.

Para los chips controladores de retroiluminación en serie, se debe seleccionar CC/CC inductiva porque tiene requisitos de voltaje más altos.

5. Puntos clave para seleccionar una bomba de carga

Considere los siguientes factores al seleccionar una bomba de carga: · La eficiencia de conversión debe ser alta · La corriente de reposo debe ser pequeña, lo que puede ahorre más energía · El voltaje de entrada debe ser bajo, intente utilizar el potencial de la batería tanto como sea posible · El ruido debe ser pequeño y no debe interferir con el circuito general del teléfono móvil; ser alto para mejorar la eficiencia de uso por unidad de área y hacer que el diseño del teléfono móvil sea más compacto · Capacidad suficiente de ajuste de salida. La bomba de carga no se calentará debido a que funciona a plena carga · El tamaño pequeño del paquete es un requisito común para los dispositivos portátiles; productos · Bajo costo de instalación, que incluye menos circuitos periféricos que ocupan menos área de placa PCB, menos cableado y más simple · Tiene un extremo de control de apagado, la bomba de carga se puede apagar durante el modo de espera a largo plazo, de modo que el consumo de corriente de la fuente de alimentación es casi; cero. Edite este párrafo 2. DC/DC Inductivo

Es un convertidor que almacena/descarga energía continuamente a través de un inductor y finalmente logra una salida de voltaje/corriente estable. Según la comparación entre el voltaje de salida y el voltaje de salida, se puede dividir en elevador (el voltaje de salida es mucho mayor que el voltaje de entrada) y reductor (el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada). Sus topologías son diferentes. Boost se utiliza generalmente para controladores de retroiluminación de la serie LCD y controladores OLED, y el voltaje de salida es generalmente de más de diez voltios. Buck se utiliza para el voltaje central del coprocesador multimedia.

1. Principio de funcionamiento (BUCK)

El circuito más básico del convertidor buck en la imagen de arriba: utiliza el interruptor MOSFET para almacenar energía en el inductor y generar corriente cuando el El interruptor MOSFET está cerrado. Cuando se apaga el interruptor, la energía del inductor almacenada se envía a la carga a través del diodo. El valor del voltaje de salida está relacionado con el ciclo de trabajo (la relación entre el tiempo de encendido y el período de conmutación completo).

2. Selección del diodo rectificador

El diodo debe tener una tensión nominal inversa igual o mayor que la tensión de salida. Su clasificación actual promedio debe ser mucho mayor que la corriente de carga máxima esperada. Su caída de tensión directa debe ser muy baja para evitar pérdidas excesivas cuando el diodo conduce. Además, debido a que el MOSFET opera en un modo de conmutación de alta frecuencia, el diodo debe poder recuperarse rápidamente del estado conductor al estado no conductor. Cuanto más rápida sea la velocidad de reacción, mayor será la eficiencia de DC/DC. Los diodos Schottky (en lugar de los diodos ultrarrápidos tradicionales) tienen una caída de tensión directa más baja y excelentes características de recuperación inversa.

3. Tecnología de rectificación síncrona

La rectificación síncrona es una nueva tecnología que utiliza MOSFET de potencia especial con una resistencia en estado de encendido extremadamente baja para reemplazar los diodos rectificadores y reducir las pérdidas de rectificación. Puede mejorar en gran medida la eficiencia de los convertidores CC/CC. Power MOSFET es un dispositivo controlado por voltaje y sus características de voltamperaje cuando se enciende son lineales. Cuando se utiliza un MOSFET de potencia como rectificador, el voltaje de la compuerta debe sincronizarse con la fase del voltaje rectificado para completar la función de rectificación, por lo que se denomina rectificación síncrona. Cuando el voltaje de salida disminuye, el efecto del voltaje directo del diodo es importante y reducirá la eficiencia del convertidor. Los límites de las características físicas dificultan reducir la caída de tensión directa del diodo a menos de 0,3 V. En cambio, la resistencia RDS(ON) del MOSFET se puede reducir aumentando el tamaño del troquel de silicio o conectando dispositivos discretos en paralelo. Por lo tanto, usar un MOSFET en lugar de un diodo puede resultar en una caída de voltaje mucho menor que la de un diodo para una corriente determinada. En un convertidor reductor síncrono, la eficiencia se puede mejorar reemplazando los diodos Schottky con dos MOSFET del lado bajo (Figura 1b). Los dos MOSFET deben funcionar en modos complementarios con un pequeño tiempo muerto entre sus espacios de conducción para evitar la conducción simultánea. Los FET síncronos operan en el tercer cuadrante porque la corriente fluye desde la fuente hasta el drenaje.

4. Selección del inductor

El inductor de refuerzo experimentará una ondulación de corriente a medida que el interruptor se abre y se cierra. Generalmente se recomienda que la corriente de rizado sea inferior al 20% de la corriente promedio del inductor. Una inductancia demasiado grande requerirá el uso de un inductor mucho más grande, mientras que una inductancia demasiado pequeña provocará corrientes de conmutación mayores, especialmente en el capacitor de salida, que a su vez requerirá un capacitor más grande.

La elección del valor del inductor depende de la corriente de rizado deseada. Como se muestra en la Ecuación 1, un VIN o VOUT más alto también aumentará la corriente de rizado. Por supuesto, el inductor debe poder manejar la corriente de conmutación máxima sin causar saturación del núcleo (es decir, pérdida de inductancia). Se puede concluir a partir de la fórmula: (1) Cuanto mayor sea la frecuencia de conmutación, se puede reducir el valor de inductancia requerido (2) El aumento en el valor de inductancia puede reducir la corriente de rizado y la pérdida por histéresis del núcleo; Sin embargo, a medida que aumenta el valor de la inductancia, el tamaño del inductor también aumenta correspondientemente y la velocidad de cambio de corriente también disminuye. Para evitar la saturación del inductor, el valor de corriente nominal del inductor debe ser la suma del valor de corriente de salida máxima del convertidor y la corriente de ondulación del inductor. La resistencia CC (RDC) de un inductor, dependiendo del material utilizado o del tipo de construcción del chip inductor, se puede obtener mediante una simple medición de resistencia a temperatura ambiente. El tamaño del RDC afecta directamente el aumento de temperatura de la bobina. Por lo tanto, se debe evitar exceder la calificación actual durante un período prolongado. Las pérdidas totales en la bobina incluyen pérdidas en el RDC y los siguientes componentes de pérdidas relacionados con la frecuencia: pérdidas de material del núcleo (pérdidas por histéresis, pérdidas por corrientes parásitas) otras pérdidas en el conductor debido al efecto superficial (desplazamiento de fase de corriente de alta frecuencia); Pérdida de campo magnético de devanados adyacentes (efecto de proximidad); Todos los componentes de pérdida anteriores se combinan para formar la resistencia a pérdidas en serie (Rs). La resistencia a pérdidas se utiliza principalmente para definir la calidad de un inductor. Sin embargo, no podemos determinar Rs matemáticamente y generalmente se utiliza un analizador de impedancia para medir el inductor en todo el rango de frecuencia. La relación entre la reactancia de la bobina inductora (XL) y la resistencia total (Rs) se denomina factor de calidad Q, consulte la fórmula (2). El factor de calidad se define como el parámetro de calidad del inductor. Cuanto mayores sean las pérdidas, menor será la calidad del inductor como elemento de almacenamiento de energía. Un gráfico de calidad versus frecuencia puede ayudar a seleccionar la mejor estructura de inductor para una aplicación específica. Como se muestra en la Figura 2 de los resultados de la medición, el rango operativo con la pérdida más baja (valor Q más alto) se puede definir como si se extendiera hasta el punto de inflexión de la calidad. Si se utiliza un inductor a frecuencias más altas, las pérdidas aumentan dramáticamente (Q disminuye). Un inductor bien diseñado sufre una pérdida mínima de eficiencia. Diferentes materiales y formas del núcleo pueden cambiar las relaciones tamaño/corriente y precio/corriente del inductor en consecuencia. Los inductores blindados que utilizan materiales de ferrita son más pequeños y no irradian mucha energía. La elección del inductor a menudo depende de los requisitos de precio y tamaño y de los correspondientes requisitos de campo radiado/EMI.

5. Selección del capacitor de entrada

Debido a que el buck tiene una corriente de entrada saltante, se requiere un capacitor de entrada de baja ESR para lograr el mejor filtrado de voltaje de entrada. El valor del condensador de entrada debe ser lo suficientemente grande como para estabilizar el voltaje de entrada bajo cargas pesadas. Si se utilizan condensadores cerámicos de salida, el rango de capacitancia de ondulación RMS del condensador debe cumplir con los requisitos de la aplicación. Los condensadores cerámicos tienen valores bajos de ESR y presentan buenas características. Y en comparación con los condensadores de tantalio, los condensadores cerámicos no son sensibles a los voltajes transitorios.

6. Selección del condensador de salida

La resistencia en serie efectiva (ESR) y el valor del inductor del condensador de salida afectarán directamente el voltaje de ondulación de salida. La ondulación del voltaje de salida se puede estimar fácilmente utilizando la corriente de ondulación del inductor (IL) y la ESR del capacitor de salida. La ondulación del voltaje de salida es el valor de voltaje causado por la ESR del capacitor de salida y la ondulación del voltaje causada por la carga y. descarga del condensador de salida. Los productos CC/CC de algunos fabricantes tienen bucles de compensación internos para lograr una respuesta transitoria y una estabilidad del bucle óptimas. Por supuesto, la compensación interna puede soportar idealmente una variedad de condiciones de funcionamiento y puede responder con sensibilidad a los cambios de los parámetros del condensador.

7. Estructuras topológicas BOOST y BUCK

Como se muestra en la figura anterior, las estructuras de los circuitos BOOST y BUCK son diferentes. El circuito Boost tiene un inductor entre la fuente de alimentación de entrada y. El rectificador de refuerzo, el tubo del interruptor está conectado a la tierra de la fuente de alimentación. BUCK es el inductor entre el tubo del interruptor y la fuente de alimentación, y el diodo de rueda libre está conectado inversamente al tubo del interruptor y a la tierra de la fuente de alimentación.