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输入电容器的设计考虑因素

导读: 对于自举转换器fb00t.St raPP edconverter)而言,输入电容器可发挥两大操作功能。首先,输入电容器在软启动过程中充当电源,不仅为转换器栅极驱动提供电流源,而且还为软启动过程中连接至集成电路(Ic)的所有其它电路系统提供电力。

  对于自举转换器fb00t.St raPP edconverter)而言,输入电容器可发挥两大操作功能。首先,输入电容器在软启动过程中充当电源,不仅为转换器栅极驱动提供电流源,而且还为软启动过程中连接至集成电路(Ic)的所有其它电路系统提供电力。其次,输入电容器能够过滤来自转换器电路或其它电路的噪声。转换器运行时,控制IC的输入电容器可向场效应晶体管fFET)的栅极提供高电流脉冲,避免较大的电流瞬变导致Ic输入产生较大噪声。

  上述两大功能要求单个电容同时具备多种特性,而这些特性又往往是彼此不兼容的。

  电容器的能量存储空间能力和尺寸都必须足够大,以便能够在软启动过程中为系统提供足够的电力能。电容器的类型和大小决定了其在较高频率情况下往往不能提供所需的低阻抗特性。

  开关FET所需的高频栅极驱动电流要求电容器能够处理高频电流。多层陶瓷电容器则能够提供所需特性。由于系统的高频电气要求,因此电容器必须靠近Ic且两者间的电感应尽可能小。

  在确定大型电容器的尺寸规格时,认识到IC需要自己的内部电源也是非常重要的。因为一旦IC达到其“开启”电压,其所有内部电路都会通电并开始吸收电流。这些电路包括为开关提供计时功能的振荡器、误差放大器以及用于控制与参考的比较器等。在此之前,各部件不通电。正由于此,我们通常建议同时采用两个电容器。

  两个电容器中的其中一个尺寸规格可以相对较小,具备较低的等效串联电阻fESR)和等效串联电感(ESL),并可需直接放置在IC的电源引脚(Vcc)及其接地之间。该电容器能够处理与内外部负载开关(如功率FET的栅极驱动)等相关的高频电流。

  另一个大型电容器的位置则应根据实际情况靠近Vcc和接地。不过,由于该电容器不处理上述高频电流组件,因此其位置并不十分关键。该电容在启动过程中提供所需的大部分电力。

  研究转换器的启动程序有助于确定一些潜在的问题。首先,我们假定只需要一个体积较小的高频电容器。这时,在仅使用较小电容器的情况下,相关结果强调指出,我们应当另外再采用一个大型电容器。

  为了便于分析,我flf~定驱动一个每次“开启”均需要60纳库fnanocoloumb)的栅极驱动电荷且工作频率为1 00 kHz的FET。这就是说,一旦电路通电,栅极驱动本身的电流就为6 mA。有关计算公式如下:

  60纳库×100 kHz=6mA

  若假定总的软启动时间为10ms,那么FET驱动电流加上Ic的6 mA内部电流(总共12mA)可用于确定压降。UCC2817的最小磁滞电压滞环fhysterisis)为5.8V。0.1pF的Vcc电容能否足以在软启动过程中为Ic供电呢?『如果最小磁滞电压滞环未知,那么应使用最小的打开电压和最高的关闭电压,根据欠压锁定(UVLO)数据来确定最小磁滞电压滞环值』。

  如果这个问题的答案是否定的,则表明0.1pF的Vcc电容不够。在软启动时间为10ms,电流为12mA的情况下,0.1pF的电容电压将改变1,200V。即便电容为1OpF,电压的改变也会为12V。在这种情况下,我们将需要1OOpF的电容,这时的Vcc压降为1.2V。现在,我们了解到,Ic和FET需要1OOpF的电容才能处理启动过程中的功耗。

  不过,研究一个高频开关周期后,该怎样判断0.1u电容器上的电压纹波呢?由于影响l00BF电容器高频特性的ESR和ESL通常较低,因此我们常常忽略大型电容器。Vcc引脚上将出现波纹电压,且与接地引脚相关。FET转换产生的纹波电压由以下方程式得出:

  [(60纳库/0.1gF)=0.6V]。

  除非附近还有另外一个高频电容器或用作高频过滤器的电容更高的电容器,否则栅极充电时,会出现0,6v的负峰值。在此情况下,lgF电容器是较好的选择。

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