Part1IntroAndTopologyOverviewcn

,Click to Edit Master Title Style,Click Click to Edit Master Text Styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,#,1,（真正快速实现）,DC-DC,转换器设计与优化,2010,年,2,月,演讲人：,Wayne Rewinkel,3,“稳定可靠的”,DC-DC,转换器设计流程,1,定义要求,Vin,、,Vout,、,Iout,、温度、直流误差、交流误差、效率、面积、器件数量、高度、成本、跟踪、软启动、使能、欠压闭锁、电源正常、噪声、同步频率、短路电流、过压,/,欠压,2,选择拓扑结构,通常显而易见，但可能需要比较多个设计,3,计算电源器件的目标值,利用理想值提供“实际”,LC,器件规格,4,选择实际器件的产品型号,由于实际值与理想值不同，因此步骤,3,、,4,需交互操作,5,计算散热器件的温升,所有器件的温升和环温之和必须均在安全工作范围内,需要达到一定精度，以免过热或尺寸过大,6,快速响应和,45,度相位裕量的补偿,稳定性、阶跃响应与尺寸的关系、成本因素的权衡取舍,7,构建原型并验证性能！,4,章节,第一部分：,DC-DC,调节器拓扑结构概览,线性、,LDO,、降压、升压、,SEPIC,、,ZETA,、反激式与,CUK,第二部分：线性调节器设计,根据成本、尺寸、噪声和精度要求选择最佳芯片和电容,快速完成选型、设计和原型制作的线性设计工具,第三部分：降压转换器设计,成本、尺寸、效率和复杂性的权衡取舍,快速完成选型、设计和原型制作的线性设计工具,第四部分：,AdIsimPower,几秒钟优化调节电压设计（,LDO,和转换开关）,利用控制器分秒间实现降压设计优化,用户借助高级设置可设定默认值,第五部分：升压转换器设计,成本、尺寸、效率和复杂性的权衡取舍,快速完成选型、设计和原型制作的线性设计工具,第六部分：,SEPIC,转换器设计,ADI,首款,SEPIC,设计工具简介,第七部分：电源系统管理,监控、时序控制、电流监控和热插拔,第八部分：升降压设计示例,反相、,+/-Vout,问答,5,常用及误用的术语,异步与同步,同步,正激,降压,/,升压,/,降压,-,升压,连续,(CCM),与不连续,(DCM),脉宽调制,/COT/,迟滞,/,脉冲频率调制,纹波电压,纹波电流,负载阶越,右半平面零点,电流模式与电压模式控制,6,线性,转换开关,伏秒平衡,降压,异步,/,同步,正激,Zeta,升压,异步,升降压,反激式,反相,SEPIC,Cuk,第一部分：拓扑结构概览,7,拓扑结构,#1,：线性,/LDO,最常用,Vout Vin,传输晶体管,BJT,或,FET,+,通常成本最低,+,最佳小信号电源抑制比,+,最佳大信号电源抑制比,+,产生的噪声最低,+,压降可以很小,-,通常效率很低,-Iout,远小于,1A,时最常用,-Loss=Iout*(Vin-Vout)+Ibias*Vin,8,开关基础占空比,D,是用于计算损耗的变量,假设,T,上升,=T,下降,=,空载时间,=0,占空比得自稳态：,D=Ton/Tpd,Tpd=Ton+Toff,D=Ton/(Ton+Toff),重要但不是太有用,伏秒平衡要求：,Von*Ton=Voff*Toff,整理后：,Toff/Ton=Von/Voff,由上式反转,D,：,1/D=(Ton+Toff)/Ton=1+Toff/Ton,1/D=1+Von/Voff=(Voff+Von)/Voff,D=Voff/(Von+Voff),通过检查可写出,D,适用于任何拓扑结构,9,开关基础电感,V/L=dI/dT,定义电感：,L=V*dT/dI,电感两端的,Vdc,会引起电流增大,稳态下,Vdc,必须始终为,0,10,开关基础电容,I/C=dV/dT,定义电容：,C=I*dT/dV,流入电容的稳态电流会引起电容电压上升,稳态下,Idc,必须始终为,0,单周期稳态：,Iin*dTon=Iout*dToff,11,拓扑结构：异步降压转换器,Vout Iin,SW1,可以是,BJT,或,FET,-,常用于,Iout,小于,3A,时,-,输入电流不连续,+,输出纹波电流低,12,适用于异步降压转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1864,控制,+,驱动,电流模式,580kHz,3.15V,至,14V,ADP2301,控制,+,驱动,+1.2A,功率开关,电流模式,700kHz,、,1.4MHz,3.0V,至,20V,ADP3050,控制,+,驱动,+1A,功率开关,电流模式,200kHz,3.6V,至,30V,ADP1111,控制,+,驱动,+1A,功率开关,可选通振荡器,72kHz,2V,至,30V,13,拓扑结构：带纹波滤波器的异步降压转换器,可增加输出滤波器，以减少纹波和尖峰,要求通过良好布局来实现全部优势,滤波器周边反馈环路闭环较难处理,输出纹波可降至,1mVppk,以下,14,拓扑结构：同步降压转换器,用,SW2,替换二极管以构建同步降压转换器,D1,可选，它仅在,SW1,和,SW2,都关断时导通,适合要求效率优于异步降压转换器的应用,SW1,和,SW2,采用并联技术可提供,40A,以上的电流,由于配置,SW2,和驱动，成本通常高于异步方案,15,适用于异步降压转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1821/22/28/29,单路和双路,控制,+,驱动,电压模式,300kHz,、,600kHz,、同步,3.15V,至,24V,ADP2102/5/6/7/8/9,控制,+,驱动,+0.5,至,2A,开关,电流模式,1.2MHz,、,3Mhz,2V,至,5.5V,ADP2114/6,双路,控制,+,驱动,+1/2/3A,开关,电流模式,300kHz,、,600kHz,、,1200kHz,、同步至,2mHz,2.75V,至,5.5V,ADP2118,控制,+,驱动,+3A,开关,电流模式,600kHz,、,1200kHz,、同步,2.3V 5.5V,ADP1872/3,控制,+,驱动,恒导通时间,电流模式,300kHz,、,600kHz,、,1MHz,3v,至,20v,ADP1877,双路,控制,+,驱动,仿真,电流模式,200kHz,至,1.5MHz,2.75v,至,14.5v,16,拓扑结构：异步正激,/,降压转换器,变压器增加了复杂性和灵活性,VinVout,或,Vout Vin,D=Vout/Vin*Np/Ns,T1,提供隔离，需要复位,17,适用于异步降压转换器的,ADI,器件,因无占空比复位钳位，不是很适用,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1621,控制,+,驱动,电流模式,100kHz,至,1.5Mz,2.9V,至无限制,18,拓扑结构：同步正激降压转换器,增加了,SW2,和,SW3,，以减少,Vout,远低于,Vin,时的损耗,在高降压比时相对损耗更低,隔离设计要求对驱动信号也进行隔离,T1,需复位,19,适用于异步降压转换器的,ADI,器件,集成,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1043,控制,数字,任何,ADP18xx,(,设计中,),控制,+,驱动,电流模式,100kHz,至,1MHz,、同步,4V,至,40V,20,拓扑结构：异步升压转换器,Vout Vin,Iout Vin,或,VinVout,+,易于隔离,Vout,+,单个磁元件,+,隔离,Vout2,-,高输入纹波电流,-,高输出纹波电流,-,连续模式下右半平面零点,-Vout,跟踪困难,28,用于反激式转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1610/1,NRFND,控制,+,驱动,+1.4A,开关,电流模式,700kHz/1.2MHz,2.2V,至,5.5V,ADP1612/3,控制,+,驱动,+1.4A,至,2A,开关,电流模式,700kHz/1.2MHz,1.8V,至,5.5V,ADP1621,控制,+,驱动,电流模式,100kHz,至,1.5MHz,2.9V,至,5.5V,29,拓扑结构：异步反激式转换器高端开关,开关接点不接地,Zeta,需要增加电容,30,用于带高端开关的异步反激式转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1864,控制,+,驱动,电流模式,580kHz,3.15V,至,14V,31,拓扑结构：同步反激式转换器,+,可以有多路,Vout,+VinVout,或,VinVout,+,高降压比,+,宽,Vin,范围,+,高效,-,右半平面零点,-,高纹波电流,32,用于同步反激式升降压转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1821/2/8/9,控制,+,驱动,电压模式,300kHz,、,600kHz,、同步,3.15V,至,14V,ADP1877,双路驱动,电流模式,200kHz,至,1.5MHz,3V,至,60+V,ADP3624,双路驱动,任何,1.4MHz,4.5V,至,18V,33,拓扑结构：,升降压,CUK,转换器,+Vin,、,Vout,+,低输入纹波,+,低输出纹波,+L1,、,L2,可耦合,-,补偿,-,反馈电压电平漂移,34,用于降压,-,升压,SEPIC,转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1610/1,NRFND,控制,+,驱动,+,功率开关,电流模式,700kHz/1.2MHz,2.2V,至,5.5V,ADP1612/3,控制,+,驱动,+,功率开关,电流模式,700kHz/1.2MHz,1.8V,至,5.5V,ADP1621,控制,+,驱动,电流模式,100kHz,至,1.5MHz,2.9V,至,5.5V,35,拓扑结构：,ZETA,（反相,SEPIC,）转换器,与,SEPIC,相似，但具有高端开关,+Vin,、,+/-Vout,+,低输出纹波,+,无右半平面零点,+L1,、,L2,可耦合,-,高输入纹波,-,漏感共振,36,适用于异步,ZETA,转换器的,ADI,器件,集成水平,控制技术,开关频率,输入电压,ADP1864,控制,+,驱动,电流模式,580kHz,3.15V,至,14V,37,拓扑结构：可能的多种组合,电感耦合示例,Vout2,负载区良好，但空载会升高,可用作升压转换器,Vout1,可以为,0,ADP1821/22/23,1877,2114,2118,2105/6/7/8/9,38,降压拓扑结构与损耗的关系,39,升压拓扑结构与损耗的关系,40,选择拓扑结构,线性方案仍然最常用,如果尺寸和温度均符合要求，则成本最低,负电压到负电压变换没有,ADI,器件支持，但可由开关转换器实现,用于降压的降压转换器,比,BB,效率更高,用于升压的升压转换器,比,BB,效率更高,Vin,范围低于,/,高于,Vout,时采用升降压转换器,根据器件不同，选择反激式、,CUK,、,SEPIC,、,Zeta,转换器,对于降压转换器，当,Vin,太高时，也可使用,BB,隔离,取决于电源需求,在几个拓扑结构中可以使用多绕组电感器,