DCDC-Boost-Circuit-Analysis

DC/DCBoostCircuitAnalysisPrepareByNathan(李齊)28.Nov.08•Boost電路特點•Boost電路結構•Boost電路分析充電&放電•升壓波形•實例應用(LG84DNBW)•Layout注意事項(LG84DNBW)•Boost測試報告•結論•效能改善ContentIntroduction開關式并聯升壓電路(Boost電路)﹐優缺點如下﹕優點﹕工藝成熟﹐效率可高達75%-95%﹐體積小。缺點﹕輸出紋波較大。應用﹕已成為宇航﹑計算機﹑通信﹑家用電器和功率較大電子設備中電源的主流﹐應用日趨廣泛。CircuitStructure并聯開關穩壓電路(又稱Boost電路)如下圖所示﹐T為MOSFET﹐電感接在輸入端﹐LC為儲能元件﹐D為續流二極管。圖中控制電壓VG為矩形波﹐控制T的導通與截止。ACg-+T+--+++--++-DCVLLVGTonToffVDi放iTicioVoiLBoostanalysisBoost升压电路，可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输出电路，考虑到负载达到10％以上时，电感电流需保持连续状态，因此，按CCM工作模式来进行特性分析。Boostanalysis當控制電壓VG為高電平時(ton期間)﹐T導通﹐輸入電壓VI直接加到電感L兩端﹐iL線性增加﹐電感產生反電勢iL=-L(diL/dt)﹐電感兩端電壓方向為左正(+)右負(-)﹐存儲能量﹐VL≒VI(T的Vdss≒0)﹐二極管D反偏而截止﹐此時電容C(電容已充電)向負載提供電流﹐i放=iO,并維持VO不變。g-+T+-++--+CVLVIiLiTVDSi放ioRLVog-+T+-++--+CVGLBoostanalysis當vG為低電平時(toff期間)T截止﹐iL不能突變。電感L產生反電勢vL為左負(-)右正(+)﹐此時VL與VI相加﹐因而輸入側的電感常稱升壓電感。當VI+VL＞VO時﹐D導通﹐VI+VL給負載提供電流iO﹐同時又向C充電電流為iC﹐此時iL=iC+iO﹐顯然輸出電壓VO＞VI﹐此電路稱為升壓型開關穩壓電路。T導通時間越長﹐L儲能越多﹐T截止時電感L向負載釋放能量越多﹐在一定負載電流條件下﹐輸出電壓越高。在控制脈沖VG作用下﹐整個開關周期T電感電流iL連續時的iT,iD,VT的波形如下圖。Voi放iTicAC-++-++--++-DCRLLVLVDioBoostanalysisBoostanalysisExample:LG84BNDWBackLightPowerFB4120_FBC42106PJ2HS9902E1234R574.7KC41106PD9B120-13-FAC+EC747uF/25VC43104PC44106PR4710KC47NCC51680pR49100RC45104pTP17TP16V5V_INR511R1∮1%R481MINV_5VL4WQPC4S28-4R7MU6AT1313X_GRELX1GND2FB3EN4OVP5VIN6Q8AO3401GSDR4330K∮1%Q11LMBT3904LT1CEBR50620K1%C50105pR4247KBL_ADJR584.7KBL_EN上圖中﹐AT1313輸出SW信號﹐SW頻率為1.4MHZ﹐實現Boost.AT1313的主要參數為:Operatingvoltage:2.5v-5.5vHighoperatingfrequency:1.4MhzHighoutputover-voltageprotectionDigitaldimmingcontrolBuilt-incycle-bycyclecurrent-limitingBuilt-insoft-startfunction0.2vlowreferencevoltageLayout注意事項•PCB布局時,要將模擬(類比)電路區和數位電路區合理地分開,電源和地線單獨引出,電源供給處匯集到一點(建議為電源輸入端)；PCB佈線時,高頻數位信號線盡可能用短線,主要信號線最好集中在PCB板中心,同時電源線盡可能遠離高頻數位信號線或用地線隔開.•PCB板的電源和接地Trace應盡可能寬,以降低Trace阻抗,從而降低公共阻抗引起的干擾雜訊.•Power部份接地應采用單點接地方式•Layout時﹐Trace要寬﹐要與主器件直接連在一起。LG84BNDWBoost電路圖中電源區域沒有把Boost電路全部包裹進去﹐而是有部分在VCC5V的鄰區域3.3V中﹐這樣此部分就會因為3.3V而產生干擾。而且﹐電路中電感與IC的pin腳連接過遠﹐也會影響Boost功能。測試結果。Layout改善前ItemDescriptionUnitSpecificationValueMeasurementValueTestResultMinTypicalMaxMinTypicalMaxVinInputVoltageV2.55.54.97PassVoutDesignoutputvoltageV9.98.72FAILImaxMaxOutputCurrentA1.2178PassVFBFeedbackvoltageV0.190.20.210.21Pass此測試數據可以驗証我們的理論是正確的﹐鄰區域的3.3V會對位于其區域內的部分Boost電路產生干擾﹐電感不能很好的發揮效能﹐使電壓值達不到我們的期望電壓值9.9V.Layout改善后﹕改善后﹐Boost電路全部被5V包住﹐不再有任何部分在其他電源區域中﹐避免了其他電壓對它的干擾。而且IC的1pin和6pin可以和電感更近的連在一起﹐使其可以更好的工作。可以讓Boost電路在穩定的環境下工作。測試結果測試結果証明我們改善是有效的﹐5V覆蓋Boost電路的全部﹐電感更近。使電路的干擾更少﹐電感更能發揮效能。Boost測試要求﹕以LG84BNDW為例此為電流值和電壓值部分。TestCondition:SettingDPFatthephotomodewithMaxaudiooutput,andthedisplaypictureisthemenu.下圖為紋波測試結果。效能亦是測試部分﹐表格如下。TestCondition:SettingDPFatthephotomodewithoutaudiooutput,andthedisplaypictureisthemenu.開關式穩壓電路(Boost電路)﹐調整管工作在開關狀態﹐即調整管主要工作在導通和截止兩種狀態。由于管子導通時管壓降Vceo和截止時管子的電流Iceo都很小﹐管耗主要在狀態開與關的轉換過程中﹐電源效率75%-95%.由于省去了電源變壓器和散熱裝置﹐所以其體積小﹑重量輕。主要缺點是﹐輸出電壓所含紋波較大﹐對電子設備的干擾較大﹐而且電路比較復雜﹐對元器件要求較高。Conclusion:Boost的充電實質是開關管導通時﹐電源經由電感-開關管形成回路﹐電流在電感中轉化為磁能貯存；開關管關斷時﹐電感中的磁能轉化為電能在電感端左負右正，此電壓疊加在電源正端經由二極體-負載形成回路完成升壓功能。因此，提升轉換效率就要從三個方面著手︰1.要選對IC﹐效率轉換率要高,功率要滿足產品要求﹐input&output。2.要選對電感﹐否則當電感充滿電時﹐會造成繼續充電的電流無效損耗﹐還容易將電路拉死。3.在Layout時﹐DC/DCPowerIC﹑電感﹑二極管布局要緊湊﹐要盡量控制在小的區域中。EfficiencyAmeliorate:THANKYOU