那天一个同事的板子打样回来了,测试发现电源的纹波很大,尝试了很多方法,核对电路图,PCB图,加大电容都没搞定,然后他就想着把电源输出的电感给换一换,看能不能解决,问我有没有物料,懒得去领。
我说你再去算一下电感值对不对,他说公司反正就这几种料,再试一下。
其实DC/DC电源纹波大的原因有很多,不仅可能跟设计的元件参数有关,也可能跟测试方法或者其它方面有很大关系。
所以,今天写这篇文章有两个目的:1、吐槽一下公司的领料流程。想在公司领个料,流程实在是太麻烦,一个流程N多领导过,非常耗时,几毛钱的电感,插座,DC/DC芯片都要走线上OA流程,通过审批后库房才安排发料。
所以很多人更愿意从废板子上拆下来用,有走流程这个时间,自己早就改好了。
2、带大家一起回顾一下基础知识,DC/DC电路基本工作原理,输出电感跟纹波的关系,以及如何计算电感值。
如下图,一个降压电路,它是由MOS开关管Q1、电感L1、二极管D1和电容组成。
基本工作原理:
1、当Q1打开,Vin给电感L1充电,流过电感L1的电流逐渐增加;
2、当Q1关闭,电感L1通过负载和二极管放电,L1的电流逐渐减小。所以,BUCK电路基本工作过程,就是对电感充放电的过程。
下面一起来计算一下电感:
假设开关电源的最大输入电压为12V,输出电压为5V,输出电流为1A,最大纹波电流为300mA,f=300kHz。
计算如下,其中D是占空比,VL是电感两端的电压。
电感值通常要留一定的余量,一般是20%-30%,如果我们取20%,则电感选取46.68uH,实际比较接近的电感值为47uH。
那为什么会预留20%余量,这个余量怎么理解?
如果电感量减小了,能量储存可能不够,只能通过提高开关频率来满足负载需求,提高频率带来的问题是MOS管的开关损耗增加。如果电感增大了,确实可以减小电感纹波电流,从而减小输出纹波电压,但是DCR也会变大,饱和温升电流会减小,同时环路动态响应也会变慢。所以需要折中考虑再选择,一般推荐20%-30%。
既然说到DCR,那咱们就一起来了解电感比较重要的两个参数(其他没写到的大家感兴趣可以自己搜索一下)。
- DCR
英文全称为DC Resistance,即直流电阻,可以理解成电感上串联了一个电阻,它会直接引起电感的导通损耗,电感会因为直流电压特性而下降,从而导致纹波增加。
尤其是在重载情况下,DCR热损就很明显。所以咱们在选型的时候,对于DCR基本要求都是越小越好,DCR 越小,效率和温升都会越好。
- Isat
英文全称Saturation Current,它表示电感的饱和电流。简单说,就是管子导通时,电感将能量储存起来;关断时,将电感中储存的能量提供给负载,以维持负载电流的持续。随着电感电流的增加,电感量会衰减,这是由磁芯材料决定的,如果衰减过大,导致电感失效,电感就变成了一根导线,此时称电感饱和了。
我们在进行选型时,要确保Isat大于负载电流。所以,如上的实例还应该包含峰值电流的计算。
Imax=Iave+△I/2=1+0.3/2=1.15A
流过电感的峰值电流Isat要大于1.15A,一般建议Isat要比Imax高大约20%-30%,实际选择的Isat要大于1.15*1.25=1.43A。
最后再提一句,推荐选用带磁屏蔽封装的电感,产生的噪声小, EMC性能也会好一些。不然就会像群里这位兄弟遇到的一样,太离谱了。