DCDC简介.doc

1， DCDC布局一般结论：A， 优先放置输入端和输出端电容以及续流二极管的位置。位置根据拓扑结构会有所侧重点。注意BUCK型输入端旁路电容的位置要更靠近IC的VCC和PGND引脚。续流二极管紧靠IC放置，用短而粗的走线连接到IC的SW和GND脚。总的原则是保证输入输出电容以及IC的功率地回路面积尽可能的小。B， 正确的布置反馈线，远离噪声源如电感，续流二极管及其走线。反馈取样电阻必须靠近IC的FB端。如果可能的话，将反馈网络的高端（Vo）信号和低端（GND）信号平行靠近走线，获取输出端电容两端的电压。尽量降低噪声的耦合干扰。C， 在输入输出电容的地以及系统功率地之间多打一些地过孔。如果遇到有散热焊盘的芯片，注意散热过孔的尺寸不能过大，避免出现虚焊等问题。D， SW信号尽量短，走线不是越宽越好，够用就行。禁止错误的增加铜箔尺寸。2， 各元件布局优先级：最关键的元件：电感，输入滤波电容，输出滤波电容，肖特基二极管和反馈取样电路次关键的元件：自举电容，补偿电路非关键的元件：复位，模式设置，使能控制等3， DCDC的地：有功率地(PGND)和信号地(SGND)。功率地是DCDC内部功率回路返回路径的地，比如MOS管接的地；信号地指各类控制信号所接的地，比如内部比较器，放大器，反馈回路，补偿回路，时钟等模块的地。最好的接地方式就是分割开功率地和信号地，然后两个地之间单路连接。 常用DCDC实测结果分析一，G5626（采用Mstar主板在线测试） G5626工作条件为：输入电压5V，输出电压1.3V，输出电流实测0.85A，工作频率1MHz。实际测试得到的理想参数：输入端1uF+10uF陶瓷电容，且1uF陶瓷更靠近IC的Vin脚放置。输出端0.1uF+10uF陶瓷电容，10uF更靠近电感放置，0.1uF其实没多大用；所有电容均为X5R以上材质，均无电解电容。 上述条件实测的输出端纹波电压为20mVPP，输入端纹波电压90mVPP且毛刺被有效滤掉了。二， MP1482（采用Mstar主板在线测试） 采用RT8284N测试，工作条件为：输入电压12V，输出电压5V，电感10uH，工作频率340KHz，负载电流没实测，0.5A左右。实际测试得到的较理想参数：输入端10uF+0.1uF陶瓷电容，0.1uF更靠近Vin脚放置；输出端10uF+0.1uF陶瓷电容，10uF更靠近电感放置，所有电容均为X5R材质以上，且无电解电容。 在此条件下测到的数据较好，输出端纹波电压145mvPP，输入纹波电压172mvPP无明显毛刺现象。如果输入端再并一颗10uF陶瓷电容，则输入纹波电压可降到100mvPP，输出纹波降为128mvPP。1482的输出纹波不太理想，一方面与芯片自身的低工作频率有关，layout也有进一步优化的空间，测试时1482的负载为DCDC对纹波也有不小的影响。三， AP3031（采用Mstar主板在线测试） AP3031是BOOST型DCDC，工作条件为：输入电压12V，输出电压19.3V，电感22uH，实测工作频率865KHz，负载电流0.28A。实测的理想参数：输入端10uF+0.1uF陶瓷电容，输出端10uF+0.1uF陶瓷电容，均为X5R材质以上，无电解电容。 在此条件下实测的数据：输出纹波电压80mvPP。如果输出端采用两颗4.7uF电容并联，纹波电压可降低为50mvPP。四，各关键元件对性能的影响（该结论基于BUCK型DCDC）：1， 输入端旁路电容的值与DCDC内部的FET管开关时间有关，越高速的DCDC对应的谐波分量频率越高，所需的旁路电容值就越小。实测G5626用一颗1uF的电容效果不错，MP1482的工作频率低，高频分量少，所以该旁路电容效果不是很明显，0.1uF或者1uF都可以；该旁路电容的位置以靠近Vin脚为宜。2， 输入端的电解电容建议去掉，虽然额外加上电解电容对输出纹波能有少许提升，但会导致输入纹波的恶化，尤其是毛刺会变严重，且电解电容会分得绝大部分的纹波电流。3， 输出端一颗10uF的陶瓷电容就足够了，再多并一个10uF的实测性能几乎没有提升。多加一颗电解电容也不会有更好的效果。4， 大感量的电感对纹波有好处，同时要关注电感的饱和电流是否足够？一般取1.5倍的最大电流。五，BOOST型DCDC的参数影响趋势 对BOOST型DCDC来说，输出端更为关键，理论上多个电容并联能降低ESR从而降低输出纹波。输出端一定要用10uF的25V X5R以上陶瓷电容。电感最好用22uH的，如果改为10uH的，输出纹波会增大30mvPP左右。输出端如果加上电解电容，则电解电容会分得大部分的纹波电流从而影响其寿命，建议去掉输出端的电解电容。图4是降压型DCDC的电感L的电流和输出电解电容的电压波形。Ton期间，电感充电，电流上升，上升到Iave时开始对后面的电解电容充电，从而电容两端电压开始上升；在Toff期间，电感电流下降，在下降到Iave之前，仍然在对输出电容充电，输出电压继续升高，当下降到低于Iave时，输出电容开始放电，电压降低图6是升压型DCDC的电感电流和输出电压波形图，Ton期间电感充电，电流增大，输出电容放电，电压降低；Toff期间电感放电，电流降低，输出电容充电，电压升高。BUCK型电路的电感电流平均值等于负载电流，电感中的纹波电流等于输出电容的纹波电流；BOOST型电路的电感电流平均值等于输入电流，电感中的纹波电流等于输入电容的纹波电流。输入端滤波电容选择：高纹波电流，低ESR和低ESL的电容以及合适的容量和电压等级。输入电容对BUCK型电路尤其重要。1， 纹波电流Irms计算： 2， ESR：低的ESR有助于降低输入电压纹波，一般选ESR小于200mR的。陶瓷电容X5R可以做到几十mR，推荐使用X5R以上的陶瓷电容。3， ESL：低的ESL有助于减小振铃4， 容量：输入电容的容量最小值与输出电流大小和电容的ESR大小有关，对BUCK型来说，公式如下： Iin(ripple)是输入电容的纹波电流，有公式可以算出，最大为输出电流的一半。Ts为DCDC的工作周期，频率的倒数。5， 电压等级：对铝电解电容来说，选取1.5倍工作电压等级；钽电容选2倍的；陶瓷电容考虑到直流偏压对容量的负作用，建议选择2倍的耐压等级，比如12V的直流滤波电容选择16V耐压；LNB输出端选择25V耐压；5V直流选择10V耐压；3.3V及以下直流选择6.3V耐压的陶瓷电容。输出端滤波电容选择依据：1，输出端滤波电容的容量选取由电容的ESR和输出电压纹波有关。具体公式如下： 所以输出端要选择低ESR的电容，以降低输出纹波，同时容量越大，输出纹波会越小。无论是BUCK还是BOOST模式，输出纹波都由两部分组成，一部分是输出电容自身的工作电压波动，另一部分是由输出电容的等效电阻引起的电压变化。降低ESR能有效降低后者，也可通过多个陶瓷电容并联进一步降低ESR。2，电压等级和低ESL的原则同上3，电容的纹波电流计算：从公式看出纹波电流和电感的电流变化正比关系(BUCK)，与输出电流大小和占空比有关(BOOST)。BOOST电路的输出电容纹波电流更关键。对BUCK电路来说，输出电容的纹波电流比BOOST要低很多，不仅幅度低，而且电流是连续的，谐波分量也少。关于DCDC相关参数的关系说明：A， BUCK型DCDC输入端电流不连续，输出端电流连续，因此输入端电容的纹波电流和纹波电压更大，对电容的ESR要求更高。输入电容的纹波电流与输出电流（正比关系）和占空比有关，纹波电压与输出电流（正比关系），占空比，输入电容值（反比关系）以及工作频率（反比关系）都有关；输出端电容的纹波电压与电容的ESR（正比），容值（反比），工作频率（反比），电感值（反比）以及输出电压（正比）有关。输出电容纹波电流与电感的纹波电流一样，取决于电感的值（反比），工作频率（反比），输出电压（正比）以及占空比。B， BOOST型DCDC输入端电流连续，输出端电流不连续，与BUCK型相反。因此输出端电容承受更大的纹波电流冲击。输入电容的纹波电流与电感的纹波电流一样，取决于电感值（反比），工作频率（反比），输入电压（正比）和占空比。输入电容的纹波电压与电容的ESR有关；输出电容的纹波电压与电容的ESR（正比），容值（反比），工作频率（反比），输出电流（正比）等参数有关；输出电容的纹波电流与输出电流（正比）和占空比有关。C， 两种类型的DCDC都有一些共同点，比如电感越大，电感中的纹波电流就越小，相应的电容中的纹波电流也会减小；工作频率越高，纹波也会越小；电容值越大，纹波越小；ESR越小，纹波越小所以选择电容时要保证在工作频率点附近电容阻抗最小，10uF的X5R材质的陶瓷电容谐振点在1M多，常见的DCDC一般都工作在300K1.5M之间，因此一颗10uF的电容很适合用于DCDC的输入端和输出端。Bo