在上一篇《DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)與開發(fā) — 類型與工作原理》中，我們介紹了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的類型以及降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和升壓型 DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理。本文將為大家分享 DC/DC 轉(zhuǎn)換器選型的三個(gè)要點(diǎn)，以及電感器選型的計(jì)算方法。

DC/DC 轉(zhuǎn)換器選型案例

在 DC/DC 轉(zhuǎn)換器選型上，根據(jù)器件的參數(shù)規(guī)格預(yù)留裕量是非常重要的。以下通過一個(gè)降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器選型的實(shí)際案例進(jìn)行說明，選擇器件為 LTC1877：

規(guī)格要求

輸入電壓：6V

輸出電壓：3V

負(fù)載電流：560mA

LTC1877 規(guī)格

輸入電壓范圍：2.65V~10V

輸出電壓范圍：0.8V~10V

最大輸出電流：約 750mA (Vin=6V，Vout=3.3V)

然而當(dāng)我們實(shí)際搭建電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)后級(jí)電機(jī)轉(zhuǎn)速過慢。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的負(fù)載電流比預(yù)期的要大 (瞬時(shí)電流超過 1A），導(dǎo)致 LTC1877 供電不足，最終不得不重新選型并返工。吸取教訓(xùn)后，我們改用 LT1765，它能夠?qū)崿F(xiàn) 3A 輸出和裕量，并確認(rèn)電機(jī)可以安全地高速旋轉(zhuǎn)。從中可以看到，在選型時(shí)預(yù)留裕量的重要性。

選型時(shí)的三大關(guān)鍵點(diǎn)

輸入/輸出電壓、最大輸出電流

在選擇 DC/DC 轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要確認(rèn)輸入和輸出電壓以及最大輸出電流，并選擇符合規(guī)格的 IC，可以優(yōu)先考慮支持三個(gè)參數(shù)計(jì)一起設(shè)置和使用的設(shè)備。例如，通過如下圖 (圖1) 所示的 ADI 官網(wǎng)篩選工具，可以通過設(shè)置每個(gè)值快速篩選出符合參數(shù)的器件。

圖1 ADI 產(chǎn)品搜索頁(yè)面

但需注意，輸出電流會(huì)隨輸入/輸出電壓變化，如下圖 (圖2) 所示，因此必須結(jié)合數(shù)據(jù)手冊(cè)中的特性圖表進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證。除此以外，雖然這是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的檢查，但在進(jìn)行實(shí)際研究時(shí)，有必要閱讀數(shù)據(jù)表并確認(rèn)特性。特別是需要密切關(guān)注輸出電流，因?yàn)檩敵鲭娏髦禃?huì)根據(jù)同一 IC 的輸入和輸出的電壓值而變化。下圖 (圖2) 顯示了 LTC1877 的輸入電壓和輸出電流之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)表通常也包含這樣的圖表信息，大家在選型時(shí)可根據(jù)需要查閱參考。

圖2 LTC1877 輸入電流和輸出電壓關(guān)系曲線圖

最大占空比

電壓也可在數(shù)據(jù)表中檢查，但需要注意占空比。降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的占空比可以表示為 Vout/Vin，最大占空比由 IC 決定。占空比 (D=Vout/Vin) 直接影響輸出電壓上限。

例如，某降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器最大占空比為 80%、輸入電壓為 5V，其無法輸出高于 4V的電壓。換句話說，即使輸入和輸出電壓在規(guī)格范圍內(nèi)，在某些條件下也可能無法使用它們，需確認(rèn)占空比限制。

封裝

封裝類型也是選型的關(guān)鍵。即使選用器件在性能方面符合規(guī)范，如果封裝不適合實(shí)際組裝，也不能使用。由于本次實(shí)踐目標(biāo)是將其安裝在通用板上，因此選擇了一個(gè)外部有電極的 SOP 封裝 IC，并通過 DIP 轉(zhuǎn)換板焊接 (QFN 等背面電極封裝難以手工焊接）。因此，在選擇 IC 時(shí)，不僅需要檢查性能，還需要檢查封裝類型。另外，由于內(nèi)置開關(guān)元件的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器會(huì)從設(shè)備本身產(chǎn)生熱量，因此還需要考慮熱阻值。

圖3 封裝類型: (a) SOP、(b) QFN、(c) DIP 轉(zhuǎn)換板

電感器選擇

選好 DC/DC 轉(zhuǎn)換器后，還需選擇外圍元件。FET 的選擇對(duì)于控制器型 IC 非常重要，由于本次選用的是內(nèi)置 FET 的 IC，因此略過此部分。在其他外圍元件中，電感器對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器性能影響顯著，以下重點(diǎn)介紹如何選擇電感器。為了選擇電感器，需要計(jì)算所需的電感值。降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的電感值可通過以下公式計(jì)算：

圖4 電感值計(jì)算公式

其中：FSW= 開關(guān)頻率；ΔIL = 電感紋波電流。從這個(gè)公式可以看出，當(dāng)允許大紋波電流 ΔIL 時(shí)，可以使用一個(gè)小電感器。 但是，如下式所示，隨著 ΔIL 的增加，紋波電壓也會(huì)增加。

ΔVout = ESRxΔIL

其中，ESR 為輸出電容器的等效串聯(lián)電阻。通常將 ΔIL 設(shè)置為最大輸出電流的 40% 左右，以計(jì)算所需的電感值，但也需結(jié)合數(shù)據(jù)手冊(cè)中的信息進(jìn)一步確認(rèn)。另外，在選擇電感器時(shí)，不僅要注意電感值，還需要注意電感器的額定電流，確保其滿足實(shí)際需求。

總結(jié)

本文通過一個(gè)選型失敗的案例，為大家總結(jié)了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器選型的三大關(guān)鍵——輸入/輸出參數(shù)驗(yàn)證、最大占空比及封裝，并詳解了電感器選型的計(jì)算方法。雖然在實(shí)際選型中需考慮更多因素，但希望上述經(jīng)驗(yàn)?zāi)軐?duì)大家有所幫助。下一篇文章將為大家介紹電路板設(shè)計(jì)的內(nèi)容。