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硬件特训班问题解答【57问-3】

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1.DCDC芯片的占空比是输出电压除以输入电压,那么当负载电流增加的时候,占空比是增加的,为什么不等于输出比输入了呢?

(1)首先我需要纠正一点在开关电源的3种基本拓扑中,只有buck开关电源其占空比=Vout/Vin

(2)而其他拓扑结构其占空比≠Vout/Vin,有一句话叫如有雷同纯属巧合,只不过很多人都对Buck开关电源比较熟悉所以就认为所有拓扑的开关电源其占空比duty = Vout/Vin,其实并非如此

(3)大家学习开关电源首先要把开关电源的最基本的3种拓扑搞得非常熟悉才行,说先占 空比的定义=ton/(ton + toff)

(4)然后开关电源其有伏秒原则即Von*ton = Voff*toff,伏秒原则其本质其实是在整个PWM周期内,电感在ON和OFF期间其△I相等

(5)然后由3和4我们就能够得出其不同拓扑结构其通用的占空比的公式duty=Voff/(Von+Voff)

(6)而不同的拓扑结构其Von和Voff是不相同的,所以最终其不同拓扑结构其占空比是不一样的

(7)所以最终我们不同拓扑结构得到的结构如下图:

(8)我们在来分析另外一个问题,但负载电流增加的时候,首先是Vo变化,Vo变化而Vin不变化,所以占空比就发生变化,其占空比仍然遵循我们上述规律公式

2.DCDC芯片输入和输出的电容容值怎么计算?

A.首先我们对于电容有一个公式C=Q/V==>△C=△Q/△V; △Q = △I*△t==> △C=△I*△t/△V

B.所以不管是输入电容还是输出电容,其关键还是要求出△I,即纹波电流,而纹波电流我 们根据电流纹波率r以及具体的拓扑结构等然后就可以求出来,然后我们△t是可以预估的,最后我们就能求出一个电容值

C.但是我们也要考虑降额的问题,同时重点关注电容里面的纹波电流的参数

D.电流纹波率我们在进行开关电源设计的时候我们一般都是假定r=0.4,这是一个最理想的值

3.DCDC芯片输入输出的大电容和小电容在布局上是先大后小吗?

A.首先大小电容并联针对于不同的情况我们要做不同的考量

B.针对于电源IC的地方,我们一般都是先大后小,为什么呢?因为我们之所以这样做的原因主要其实是出于阻抗特性的考虑,一般情况下,PCB走线如果过程则其寄生的电感成分在高频下会使得电容的滤波能力大打折扣,甚至完全丧失滤波效能,得不偿失,而小电容更容易产生这样的问题,所以基于此的话我们在IC电源处都是先打后下

C.针对于开关电源而言:输入我们是先小后大,输出电容是先大后小。针对于开关电源这种应用,其针对于电容而言其存在最大的风险其实是纹波电流,纹波电流这一参数对于电容的使用寿命非常巨大,对于开关电源中我们有高频开关,在开关不断地通断过程中就会产生比较大的高频纹波电流进而产生比较大的纹波电压,进而在电容的ESR产生大量的热,电容过热就有可能有失效的风险,所以在靠近开关结点的附近其会有非常大的电流波动,而这种电流波动对于电容而言损害非常大,对于小电容而言,如果其靠近开关结点布置,则其纹波电流很有可能会超过其额定值,最终很快损害,所以针对于开关电源而言,其电容布置的宗旨就是大电容靠近开关节点,小电容远离开关接点不管是输入端还是输出端

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