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一、DCDC简易电路原理 DCDC电路是直流转直流电路,将某直流电源转变为不同电压值的电路,分为升压电路和降压电路。 1.1电容、电感基础知识 1.1.1电容 电容两端电压不能突变。 通交流、阻直流;通高频、阻低频。 1.1.2电感 通过电感上的电流不能突变。 通直流,阻交流;通低频,阻高频。 1.2升压电路原理

一、DCDC简易电路原理

DCDC电路是直流转直流电路,将某直流电源转变为不同电压值的电路,分为升压电路和降压电路。

1.1电容、电感基础知识

1.1.1电容

eq?I%3D%20C*%5Cfrac%7Bdu%7D%7Bdt%7D

电容两端电压不能突变。

通交流、阻直流;通高频、阻低频。

1.1.2电感

eq?U%3DL*%5Cfrac%7Bdi%7D%7Bdt%7D

通过电感上的电流不能突变。

通直流,阻交流;通低频,阻高频。

1.2升压电路原理

1.2.1电感的作用

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如上图,开关闭合,电感充电,电阻短路,当2.2us后电感上电流达到2.4A。

开关断开,电源流经电感(电源电压+电感电压,达到升压,电感放电)为电阻供电,2.4A的电流流过电阻,电阻两端电压达到12v。

但是,若开关闭合,电阻又被短路,电阻两端电压随开关闭合与断开变化。

1.2.2二极管的作用

开关闭合,电源向电感充电,电容、电阻短路。

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左图,开关断开,电源流经电感(电源电压+电感电压,达到升压,电感放电)向电容充电,并为电阻供电。

右图,开关闭合,电源向电感充电,二极管隔离两边电路;电容(达到电源电压+电感电压)向电阻放电。

现实,将开关换成MOS管,MOS管导通,电源给电感充电,电容给电阻放电;MOS管断开,电源电流流经电感向电容充电,给电阻供电。 

1.2.3注意点

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升压到12v时,输出电流只有0.25A,不足以驱动电机。

所以需要并联许多节干电池,增加输入电流才行。既然有这么多干电池了,为什么不直接串联达到12v?还可以省略升压电路。

1.3降压电路原理

通过不停的开关达到降压的目的,实际中,开关换成MOS管 。

1.3.1调节占空比

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1.3.2电路原理

(1)开关闭合

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如左图,开关闭合,二极管截至,电源给电感、电容充电,给负载供电。

但是通过电感上的电流不能突变,电感上感应出反向电流,使得负载端的电压不足12v,使eq?%7BV_%7Bout%7D%7D%3D12V-U_%7BL%7D%5Capprox%205V,如右图。

随时间增加,电感上电压减少,负载电压上升,若时间长,电感上电压将降为0v,负载上电压变为12v,因为电感上电流不变,则相当于一段导线。

所以要严格控制开关通断的时间。

(2)开关断开

a2b60f03e94840d5b74708ce1e029872.png如右图,开关断开,电感放电。随着电感上电压减小,负载两边的电压也减小,如右图。

2f6dbc75e51440f4b970299aedd3203b.png可以达到如上图的效果。

(3)电容作用

储能、滤波

使负载两端电压更加的平滑。

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1.3.3电路损耗

不足10%,电路效率90%。

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二、基于MP1470芯片降压电路的初步了解

2.1阅读芯片数据手册

2.1.1基本信息(提炼最重要的信息)

  • 输入电压:4.7~16v,最大不超过16v
  • 最大输出电流:2A
  • 开关频率:500KHz
  • 同步、降压
  • 封装:TSOT23-6
  • eq?%5Ctheta%20_%7BJC%7D=55℃/w,在PCB上每上升1w,则温度·上升55℃。
  • 应用信息:APPLICATION INFORMATION 在实际应用中的计算、选型
  • PCB Layout Guidelines
  • 应用实例
  • 封装参数图

2.1.2管脚信息

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引脚号名称描述
1VIN

电源电压。

MP1470 的工作电压为 4.7V 至 16V。

需要一个电容器来去耦合输入。

使用宽 PCB 线连接 VIN。

2SW

开关量输出。

使用宽 PCB 线连接 SW。

3GND

系统接地。

GND是调节输出电压的参考地。

在PCB布局期间需要格外小心,用铜线和通孔连接GND。

4BST

引导结构。

在SW和BST之间连接一个1uF BST电容和一个电阻,以在高边开关驱动器两端形成个浮动

电源。

5EN

使能。

驱动EN高以启用MP1470。

对于自动启动,请连接到带有100K欧的上拉电阻。

6FB

反馈意见。

将 FB 连接从输出端到 GND 的外部电阻分压器的抽头,以设置输出电压。

当FB电压下降到600mV以下时,频率折返比较器降低振荡器频率,以防止在短路故障期间

电流限制失控

2.2原理图分析

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2.2.1自举电容

(1)基本信息

连接在BST脚上的C1电容

作用:保证MOS管持续导通

取值:在DCDC降压电路中取值约为0.1~1uF,该芯片固定为1uF

(2)原理

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  1. Vin输入与SW输出之间存在一个MOS管
  2. 导通条件:eq?V_%7Bgs%7D%3EV_%7Bth%7D
  3. 存在问题:没有自举电容时,MOS不能完全饱和导通。

    例如,当阈值eq?V_%7Bth%7D=4V时,g端电压要大于s端4V,MOS管才能导通。

    开始上电eq?V_%7Bg%7D-V_%7Bs%7D%3D12V-0V%3D12V%3E%204VMOS管导通,d→s导通。

    随着eq?V_%7Bs%7D↑,eq?V_%7Bgs%7D↓。

    eq?V_%7Bgs%7D<4V时(例如eq?V_%7Bs%7D=8.001V),MOS管进入放大状态,相当于大电阻,有压降,功耗比较大。

    eq?V_%7Bs%7D稳定在8.001V,不可能达到12V。
  4. 解决办法:加上自举电容。

    开始上电eq?V_%7Bg%7D-V_%7Bs%7D%3D12V-0V%3D12V%3E%204VMOS管导通,d→s导通。

    同时自举电容充电到12V。

    随着eq?V_%7Bs%7D↑(如eq?V_%7Bs%7D=5V),由于二极管存在,电容不能放电,电容两端电压被eq?V_%7Bs%7D抬高至

    12V+5V,同时eq?V_%7Bg%7D=12V+5V=17V。

    由于电容的存在,eq?V_%7Bgs%7D始终为12V,满足eq?V_%7Bgs%7D%3EV_%7Bth%7D,MOS管始终处于饱和导通状态,eq?V_%7Bs%7D可以

    达到12V。
  5. 总结:利用二极管加电容将eq?V_%7Bgs%7D钳位在12V,MOS管始终导通。

2.2.2续流电感

(1)基本信息

连接在SW脚上的L1电容

作用:作为外围电路,实现降压

(2)原理

详情见1.3降压电路原理

2.2.3反馈网络

(1)基本信息

由连接在FB引脚上的R2,R3,R4组成

作用:设置输出电压

(2)原理

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  1. 原理:R1,R2电阻对输出电压实现分压后,将R2两端电压值反馈给FB引脚,FB引脚得到电压值后与设定的电压值比较,可以通过调节芯片中MOS管开关频率(调节占空比)来调整输出电压。
  2. R2取值:首先,选择 R2 的值。
    R2 值应合理选择,因为 R2 值过小会导致相当大的静态电流损耗,但 R2 值过大又会使 FB 对噪声敏感。
    建议 R2 在 5 - 100kΩ 之间。通常情况下,R2上电流在 5 - 30µA 之间可在系统稳定性和空载损耗之间取得良好平衡。
  3. R1取值:可以根据下面的公式(手册提供)

    6a1d7589fe4c4325ad6cab8bd2bfbb2a.png

    手册还提供了这部分常见输出电压的推荐参数(eq?C_%7BOUT%7D%3D%2022uF
    a59d549c7158413490db1fc9e8b53585.png

2.2.4其他器件

C2,C3,C4,C5,C6:均滤波。

其中为Vin滤波的电容C3和C4,选择一大一小(相差100倍),小电容滤高频率,大电容滤低频率。

R1:分压,可调节EN阈值。

以上器件参数均可采纳手册建议。

三、陈氏总结——升降压电路

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DCDC升压电路

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DCDC降压电路

升降压电路均使用电容电感,但是位置不一样则功能不一样,总结如下。

升压电路降压电路
电感在开关前,用于和电源串联升压在开关后,和负载串联,用于分压降压
电容有电感,电感上,我充电;没电感,我再上滤波,使波形不要太尖锐

四、基于MP1484DN芯片的PCB设计要点

3.1准备工作

下载对应的DCDC芯片数据手册对以下内容进行预先解读

  • 预先了解DCDC的功率及转换电压范围
  • 对芯片的最大电流进行解读
  • 对DCDC的管脚定义进行了解
  • 是否为高发热量转换芯片
  • PCB layout guide

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3.2原理图

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8f48e08b52cc4d2ca2fd09130e247744.png分析原理图,做到“心中有环”,“环”指的是有大电流(主干道)流过的闭合回路,环面积越小越好,布局紧凑。

在原理图上的“环”是一个完整的电路的环,在PCB中的体现一方面是该回路,另一方面更多的是同标签的一片铜。

3.3PCB预布局

心中有环,环要最小。

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输入、输出回路

知秋君
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