各位大俠,小弟是大二學生黨一枚,已經報名參加了2013年的全國電子設計大賽,我和我的隊員們打算做電源方面的題目,現在正在學習基于 BUCK 的 DC to DC 電路??赡艽髠b們認為有問題應該找老師啊,找咱們這些大老爺們干啥?對于這種問題小弟也表示無奈,現在的老師以及叫獸只會忙著撈金做項目評職稱,那有那么多時間來指導學生啊~~假期留在學校實驗室半個多月了,也沒見指導老師過來指導一下過,不指導也罷了,萬一獲獎了指導老師那里還得填上他的名字。。。。唉。。。。
話不多說了,咱步入正題,下面就提出我們現在遇到的一些問題及疑問,希望工作在一線的各位大俠能抽空指導一下我們,給予一些幫助,哪怕只是一點點我們都會感激不盡!在這里我謹代表我們團隊祝各位工作順利,萬事如意!
在這之前,我們查閱了很多相關的資料,基本弄懂了BUCK降壓的原理,也簡單的搭了一下電路來驗證,但是錯誤百出,在這里我把我們的設計過程寫出來,請各位大哥們幫忙看一下有什么做的不會的地方。
設計要求:
輸入12V,輸出5V、2A,由MSP430單片機產生頻率 F=400KHZ 的PWM(假設MSP430能產生這么高的PWM,如果不行再降低),紋波電壓要求50mV,紋波電流為輸出電流的0.3即0.6A。
以下是設計過程:
電路圖采用典型的BUCK電路:
由以上算的占空比 D=5V/12V=0.416
一、電感的選擇:
L=(Vin-Vout)X占空比 D ÷頻率 F÷ 紋波電流=(12-5)X0.416÷400KHZ÷0.6A = 12.12 uH
假設所使用的電感的 ESR =0.037 Ω 則電感上的損耗 = I^2 X ESR=2A X 0.037 Ω =0.15W
二、輸出電容的選擇:
因為紋波電壓=紋波電流 X [(ESR+△T)/C + ESL / △T ] ,其中 △T=D/F =0.416 / 400KHZ =1.04 微秒, D為占空比,F為頻率
假設所選取的電容的ESR = 0.03Ω ,ESL = 0 ,算出的 C = 19.5 uF ,故選用 16V 470 uF的電容(也不知道對不對)。
輸出電容的損耗 = 紋波電流 I^2 X ESR = 0.6^2 X 0.03Ω =0.01 W
三、輸入電容的選擇:
估算紋波電流(不知道是不是這樣叫) ≈ 輸出電流 I / 2 = 1A
允許的最大輸入紋波電壓 200 mV,假設所選電容的 ESR = 0.12 Ω
計算所選的 C = △T / [(輸入紋波 200 mV /紋波電流 1A)-ESR 0.12 Ω ] =13 uF
故選擇 16V 470 uF 的電容 ,其損耗 = 1A X 0.12Ω = 0.12W
四、二極管的選擇
估算流過二極管的電流 = [ 1- 占空比 D ] X 輸出電流 I = [1 - 0.416 ] X 2A =1.17 A
所承受的最大反向電壓 = Vin = 12V
故選擇肖特基二極管 1N5820,參數為 20V,3A 其損耗 = 1.17A X 二極管壓降 0.4V = 0.47 W
五、場效應管的選擇
選了一個導通電阻Ron為 0.02 Ω 的PMOS
則導通損耗 = 輸出電路 X 導通電阻 X 占空比 = 2^2 X 0.02Ω X 0.416 = 0.033W
開關損耗 = (公式有點復雜,就不打了)=0.297W
總損耗 = 0.003 + 0.297 = 0.3 W (根據這個可以算出MOS管的溫升 ?)
總效率 = [ 輸出功率 5V X 2A = 10 W] ÷ [ 輸出功率 10W + 整體電路損耗 1.05W ] = 90.5%
以上設計過程是參考 Microchip 公司的一個PDF文檔來設計的,不知道有沒有問題?問題出在哪方面?希望大家能指出并解惑,謝謝!
==================== 以 下 是 實 際 制 作 過 程 中 的 疑 問 ================
1、假使使用的是NMOS,如何能保證 MOS 處于開關狀態 ?是不是要專用的驅動把G極電壓提升到比VCC還高,使得MOS能導通?(自舉電路?)
2、根據上面的BUCK原理圖能否做出符合要求的DC - DC電路?是否需要加輸出反饋電路或者其他輔助電路?
3、假使算出來的電感是35uH,能否使用47uH的電感?100uH的電感呢?對電路有什么影響?
4、測空載時的電壓有意義嗎?如何保證空載時輸出的電壓為5V?是要接假負載來實現嗎)?
5、。。。。。。
6、。。。。。。
還有很多很多疑問,如果有哪位大俠愿意做我們的“指導老師” ,在空余時間幫我們解惑,請加我的QQ 370710247 ,小弟感激不盡??!
全國電子設計大賽對于一個大學生來說,只有一次參賽機會,我們不想錯過這次機會,我們想拿獎!??!