양방향 dcdc 컨버터를 위한 34063 의 장단점 분석

I. 차지 펌프

1. 작동 원리 2. 어떻게 배압 모드 3 을 생성합니까? 효율성 4. 차지 펌프 응용 프로그램 5. 차지 펌프 선택 포인트

2. 귀납적 DC/DC

1. 작동 원리 (벅) 2. 정류기 다이오드 3 선택. 동기식 정류 기술. 인덕턴스 5 선택. 입력 용량 6 선택. 출력용량 7 의 선택. 스텝 업 및 스텝 다운 1 토폴로지. 전하 펌프.

1. 작동 원리 2. 어떻게 배압 모드 3 을 생성합니까? 효율성 4. 차지 펌프 응용 프로그램 5. 차지 펌프 선택 포인트

2. 귀납적 DC/DC

1. 작동 원리 (벅) 2. 정류기 다이오드 3 선택. 동기식 정류 기술. 인덕턴스 5 선택. 입력 용량 6 선택. 출력용량 7 의 선택. 스텝 업 및 스텝 다운 토폴로지.

확장된 DC/DC 는 스위칭 전원 공급 장치 칩입니다. 스위치 전원은 콘덴서와 인덕턴스의 에너지 저장 특성을 이용하여 제어 스위치 (MOSFET 등) 를 통해 고주파 스위치를 수행하는 것을 말합니다. ) 입력 전력을 콘덴서 (인덕턴스) 에 저장하고 스위치가 꺼지면 전기가 부하에 방출되어 에너지를 공급합니다. 출력 전력 또는 전압 용량은 듀티 사이클 (전체 스위치 주기에 대한 스위치의 전도 시간 비율) 과 관련이 있습니다. 스위칭 전원 공급 장치는 스텝 업 및 스텝 다운에 사용할 수 있습니다. Dell 에서 일반적으로 사용하는 DC-DC 제품은 두 가지가 있습니다. 하나는 전하 펌프이고, 다른 하나는 전기 에너지 저장 DC-DC 변환기입니다. 이 문서에서는 이 두 가지 DC/DC 제품에 대해 자세히 설명합니다. 이 단락 편집 1. 충전펌프

전하 펌프는 용량 저장 DC-DC 제품으로 승압, 압력 강하 및 반압 출력에 사용할 수 있습니다. 전하 펌프는 인덕터와 변압기의 자기장과 전자기 간섭을 없앴다.

1. 작동 방식

전하 펌프는 외부 비행 스팬 커패시턴스를 통해 커패시턴스를 충전하고, 비행 스팬 커패시턴스는 일정한 주파수로 내부적으로 전환되며, 입력 전압과 스텝 업 (또는 스텝 다운) 변환을 수행합니다. 마지막 정전압 출력. 칩 내부에 네거티브 피드백 회로가 있어 출력 전압의 안정성을 보장합니다. 위 그림 Vout 에서 볼 수 있듯이 전압 V2 를 R 1 및 R2 로 나누어 참조 전압 VREF 와 비교합니다. 오차 증폭기 A 를 통해 충전용량 충전시간과 전압을 제어하여 안정값에 도달합니다. 전하 펌프는 배터리 전압 입력에 따라 출력 전압을 지속적으로 변경할 수 있습니다. 예를 들어 1.5X 또는 1X 모드에서 실행할 수 있습니다. 배터리의 입력 전압이 낮을 때 전하 펌프는 1.5 배의 입력 전압에 해당하는 출력 전압을 생성할 수 있습니다. 배터리 전압이 높을 때 전하 펌프는 1X 모드에서 작동하며 부하 전하 펌프는 부하로만 입력 전압을 전송합니다. 이렇게 하면 입력 전압이 높을 때 입력 전류와 전력 손실을 줄일 수 있습니다.

2. 배압 모드는 어떻게 발생합니까?

1.5x 모드를 예로 들어 두 단계로 전압 변환을 완료합니다. 첫 번째 수준 첫 번째 수준에서 C 1 은 C2 와 연결됩니다. C 1=C2 를 가정할 때 콘덴서 충전 용량 전압은 입력 전압의 절반과 같습니다. Vc1+-VC1-= vc2+-vc2-= vin/2. 2 단계에서는 C 1 과 C2 가 VIN 과 VOUT 사이에 병렬로 있습니다. VOUT=VIN+VIN/2= 1.5VIN

3. 효율성

전하 펌프의 효율은 전하 펌프의 승압 모드, 입력 전압 및 출력 전압에 의해 결정됩니다. 전하 펌프가 이중 압력 모드에서 승압하는 경우 효율은 Vout/2Vin 입니다. 입력 전압이 작을수록 효율이 높아집니다.

차지 펌프 응용 프로그램

우리의 설계에서는, 차지 펌프는 백색 LED 드라이브로 자주 쓰이는데, 이 드라이브는 일반적으로 휴대폰의 병렬 LCD 백라이트 드라이버 칩에 쓰인다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 시리즈 백라이트 드라이버 칩은 더 높은 전압이 필요하기 때문에 인덕턴스 DC/DC 를 선택해야 합니다.

차지 펌프 선택 지점

전하 펌프를 선택할 때 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다. 변환 효율, 정적 전류 감소, 에너지 절약 입력 전압은 낮아야하며 배터리 전위를 최대한 활용하십시오. 소음이 낮고 휴대폰 전체 회로에 방해가 되지 않습니다. 기능집결도가 높고, 면적당 사용 효율을 높이고, 휴대폰 디자인이 더 작다. 충전 펌프가 전체 부하로 인해 열이 나지 않도록 충분한 출력 조절 능력 작은 패키지 크기는 핸드헬드 제품의 일반적인 요구 사항입니다. 설치 비용이 낮고, 주변 회로가 적고, PCB 보드 면적이 작고, 배선이 간단합니다. 오프 컨트롤 엔드를 사용하면 충전 펌프가 긴 대기 상태에서 꺼져서 전원 전류 소비가 거의 0 이 될 수 있습니다. 단락 2 를 편집합니다. 귀납적 DC/DC

인덕터를 통해 지속적으로 에너지를 저장/방출하여 안정적인 전압/전류 출력을 달성하는 변환기입니다. 출력 전압과 출력 전압의 비교에 따라 boost (출력 전압이 입력 전압보다 훨씬 높음) 와 buck (출력 전압이 입력 전압보다 낮음) 로 나눌 수 있습니다. 그들의 토폴로지는 다르다. Boost 는 일반적으로 LCD 시리즈 백라이트 및 OLED 드라이브에 사용되며 출력 전압은 일반적으로 10 볼트 이상입니다. 벅 멀티미디어 코 프로세서의 코어 전압에 사용됩니다.

1. 작동 원리 (항 고혈압)

위에 표시된 압력 강하 변환기의 가장 기본적인 회로는 전기 감지에 에너지를 저장하고 MOSFET 스위치가 닫힐 때 전류를 생성하는 것입니다. 스위치가 꺼지면 저장된 인덕턴스 에너지가 다이오드를 통해 부하로 출력됩니다. 출력 전압 값은 듀티 사이클 (전체 스위치 주기에 대한 연결 시간의 비율) 과 관련이 있습니다.

2 정류기 다이오드 선택

다이오드의 역방향 정격 전압은 출력 전압보다 크거나 같아야 합니다. 평균 정격 전류는 예상 최대 부하 전류보다 훨씬 커야 합니다. 다이오드가 통할 때 과도한 손실을 방지하려면 DC 전압 강하가 매우 낮아야 합니다. 또한 MOSFET 이 고주파 스위치 모드에서 작동하기 때문에 다이오드는 부팅 상태에서 비부팅 상태로 신속하게 복원해야 합니다. 응답 속도가 빠를수록 DC/DC 의 효율성이 높아집니다. 쇼트키 다이오드 (기존의 초고속 다이오드 대신) 는 DC 압력 강하가 낮고 역방향 복구 기능이 뛰어납니다.

동기 정류기 기술

동기식 정류기는 정류기 다이오드 대신 매우 낮은 전도 저항을 가진 특수 전력 MOSFET 을 사용하여 정류기 손실을 줄이는 새로운 기술입니다. DC/DC 컨버터의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 전력 MOSFET 은 전압 제어 장치이며, 열 때 전압 전류 특성은 선형입니다. 전력 MOSFET 이 정류기로 사용되는 경우 게이트 전압이 정류전압의 위상과 동기화되어야 정류기능을 완료할 수 있으므로 동기식 정류라고 합니다. 출력 전압이 낮아질 때 다이오드 DC 전압의 영향이 매우 중요하여 변환기의 효율성이 떨어집니다. 물리적 특성의 제한으로 다이오드의 직접 압력 강하가 0.3V 이하로 떨어지는 대신 실리콘 크기 또는 병렬 분립기를 늘려 MOSFET 의 전도 저항 RDS(ON) 를 낮출 수 있습니다. 따라서 지정된 전류 하에서 다이오드 대신 MOSFET 을 사용하면 다이오드보다 훨씬 작은 압력 강하를 얻을 수 있습니다. 동기식 벅 변환기에서 쇼트 키 다이오드를 로우 엔드 MOSFET 2 개로 교체하면 효율성이 향상됩니다 (그림 1b). 두 MOSFET 은 상호 보완 모드로 구동되어야 하며 동시 부팅을 피하기 위해 전도 간격 사이에 작은 데드 존 시간이 있어야 합니다. 동기 FET 는 전류가 소스에서 누출로 흐르기 때문에 세 번째 사분면에서 작동합니다.

4 인덕터 선택

스위치가 분리되고 닫히면 부스터 인덕터가 전류 리플을 경험하게 됩니다. 일반적으로 리플 전류는 평균 인덕턴스 전류의 20% 미만이어야 합니다. 인덕터가 너무 크면 훨씬 큰 인덕터를 사용해야 하고, 인덕터가 너무 작으면 더 큰 스위치 전류, 특히 출력 커패시터에서 더 큰 커패시턴스가 필요합니다. 인덕턴스 값 선택은 예상 리플 전류에 따라 다릅니다. 1 공식과 같이 높은 VIN 또는 VOUT 도 리플 전류를 증가시킵니다. 인덕터는 물론 커널을 포화시키지 않고 피크 스위치 전류를 처리할 수 있어야 합니다 (인덕턴스 손실을 의미). 공식에서 (1) 스위치 주파수가 높을수록 필요한 인덕터가 낮아집니다. (2) 인덕터의 증가는 리플 전류와 코어 히스테리시스 손실을 줄일 수 있습니다. 그러나 인덕턴스 값이 증가함에 따라 인덕터의 크기도 그에 따라 증가하고 전류 변화 속도도 느려집니다. 인덕터 포화를 피하기 위해 인덕터의 정격 전류는 변환기의 최대 출력 전류와 인덕터의 리플 전류의 합계여야 합니다. 인덕터의 DC 저항 (RDC) 은 패치 인덕터에 사용되는 재질이나 구조 유형에 따라 실온에서 간단한 저항으로 측정할 수 있습니다. RDC 의 크기는 코일의 온도 상승에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 현재 정격을 오랫동안 초과하지 않도록 해야 합니다. 코일의 총 손실에는 RDC 의 손실과 코어 재질 손실 (히스테리시스 손실, 소용돌이 손실) 과 같은 주파수 관련 손실 컴포넌트가 포함됩니다. 피부 효과 (고주파 전류 변위) 로 인한 도체의 기타 손실 인접한 권선의 자기장 손실 (근접 효과); 방사선 손실. 위의 모든 손실 컴포넌트는 함께 결합되어 직렬 손실 저항 (Rs) 을 형성합니다. 손실 저항은 주로 인덕터의 좋고 나쁨을 정의하는 데 사용된다. 그러나 우리는 수학적으로 Rs 를 결정할 수 없습니다. 일반적으로 임피던스 분석기를 사용하여 주파수 범위 전체에서 인덕터를 측정합니다. 전체 저항 (Rs) 에 대한 인덕터의 리액턴스 (XL) 비율을 품질 계수 Q 라고 하며 공식 (2) 을 참조하십시오. 품질 계수는 인덕터의 품질 매개변수로 정의됩니다. 손실이 높을수록 전기 센서는 에너지 저장 구성요소로서의 품질이 낮아진다. 품질 주파수 그래프는 특정 애플리케이션에 가장 적합한 인덕턴스 구조를 선택하는 데 도움이 됩니다. 측정 결과 그림 2 에서 볼 수 있듯이 손실이 가장 낮은 작업 범위 (Q 값이 가장 높은 작업 범위) 는 품질 전환점 확장으로 정의할 수 있습니다. 더 높은 주파수에서 인덕터를 사용하면 손실이 급격히 증가한다 (Q 가 낮아진다). 잘 설계된 인덕터는 효율성을 거의 저하시키지 않습니다. 서로 다른 코어 재질과 모양은 그에 따라 인덕터의 크기/전류 및 가격/전류 관계를 변경할 수 있습니다. 철산소체로 만든 차폐 인덕터는 크기가 작아서 너무 많은 에너지를 방출하지 않는다. 인덕터 선택은 일반적으로 가격 및 크기 요구 사항과 해당 복사 필드 /EMI 요구 사항에 따라 달라집니다.

5. 커패시턴스 선택을 입력합니다

압력 강하 변환기에는 점프 입력 전류가 있으므로 최적의 입력 전압 필터링을 위해 낮은 ESR 입력 콘덴서가 필요합니다. 입력 커패시턴스는 무거운 부하에서 입력 전압을 안정시킬 수 있을 만큼 커야 합니다. 세라믹 출력 콘덴서를 사용하는 경우 용량 평균 제곱근 무늬파 용량 범위는 응용 프로그램 요구 사항을 충족해야 합니다. 세라믹 콘덴서는 ESR 값이 낮기 때문에 좋은 특성을 나타낸다. 세라믹 콘덴서는 콘덴서에 비해 순간 전압에 민감하지 않다.

6. 출력 커패시턴스 선택

출력 커패시턴스의 유효 직렬 저항 (ESR) 및 인덕턴스 값은 출력 리플 전압에 직접적인 영향을 미칩니다. 인덕턴스 리플 전류 (IL) 및 출력 커패시턴스를 사용하는 ESR 은 출력 리플 전압을 간단하게 추정할 수 있습니다. 출력 전압 리플은 출력 용량 ESR 로 인한 전압 값과 출력 용량 충전 방전으로 인한 전압 리플의 합계입니다. 일부 제조업체의 DC/DC 제품은 루프를 통해 내부 보상을 수행하여 일시적인 응답과 루프 안정성을 최적화합니다. 물론 내부 보상은 일련의 작동 조건을 이상적으로 지원하고 출력 용량 매개변수의 변화에 민감하게 대응할 수 있습니다.

스텝 업 및 스텝 다운 토폴로지

위 그림과 같이 승압과 강압 회로의 구조는 다르다. 승압 회로는 입력 전원과 승압 정류관 사이에 인덕터가 있고, 스위치관은 전원지에 연결되어 있다. BUCK 는 스위치 튜브와 출력 전원 공급 장치 사이의 인덕턴스, 리필 다이오드 리필 스위치 튜브 및 전원 공급 장치입니다.