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获得2MHz开关频率的四种设计技巧

2016-10-15 09:32
Hsiao Chen
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  在电源连接到电池的汽车应用中,导通时间必须支持从6V至18V的典型VIN范围转换。使用等式2(18V最大输入和20%转换比),最小输出电压为3.6V。当直接连接到电池时,可能发生超过此典型范围的大电压尖峰(例如在负载突降期间)。根据应用的要求,在输入电压尖峰期间,可以允许或不允许转换器进行脉冲跨越。

  

  连接到3.3V或5V电源轨的稳压器可更容易地在2MHz条件下工作。例如,TPS54116-Q11的最大导通时间为125ns,因此在2MHz条件下,最小占空比为25%。3.3V输入支持的最小输出电压为0.825V;5V电轨时,支持的最小输出电压为1.25V。对给定应用中最小输出电压的全面分析还应包括VIN和开关频率的容差。

  试图在2MHz条件下操作时的第三个考虑因素是电感器中的交流损耗。交流损耗随开关频率的增加而增加,因此在选择2MHz的电感时需加以考虑。一些电感器使用具有较低AC损耗的型芯材料,以在较高频率下提供更好的效率。大多数电感器供应商提供一种工具来评估其电感器中的交流损耗。

  试图在2MHz条件下操作时的第四个考虑因素是尺寸和效率之间的权衡。选择开关频率用于DC / DC转换器时,必须在尺寸和效率之间进行权衡。电感器尺寸和一些转换器损耗随开关频率的增加而增加。具体来讲,对比400 kHz和2MHz两种条件时,2MHz设计将使用5倍更小的电感,但具有5倍更大的开关损耗。5倍较小的电感意味着电感尺寸较小。

  与开关频率相关的转换器中的两个主要损耗是高侧MOSFET和死区时间损耗的开关损耗。等式3是这些损失的基本估计,您可用它进一步分析伴随较高开关频率损耗增加的影响。例如,若为5V输入、4A负载、3ns上升时间、2ns下降时间、0.7V体二极管压降和20ns死区时间,预估功率损耗在2MHz时为325mW,在400kHz时为65mW。

  

  额外的功率损耗导致更高的工作结温。使用等式4(TPS54116-Q1EVM-830中,RθJA = 35°C/W),集成电路的结温将仅增加约9℃。热性能可能随不同的PCB布局而变化。

  

  仅因为数据表在首页具有2MHz并不意味着在所有工作条件下都可以实现2MHz。2MHz条件下的开关具有其优缺点,并且通常要在DC/DC转换器解决方案的尺寸和效率之间权衡。订购TPS54116-Q1EVM-830评估模块,并立即在WEBENCH Power Designer中开始2MHz设计。

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