Buck(降压)变换器简介-MPS-Training-For-Coship分析课件

Buck（降压）变换器简介2011-03MonolithicPowerSystems®刘少纯

现场应用工程师Buck（降压）变换器简介MonolithicPower背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线背景介绍CommunicationAudioFlatPanelWireless

NetworkingAutomotiveComputingConsumerDevicesIntheBackgroundofEveryDayLife…背景介绍CommunicationAudioFlatPan背景介绍-MPS机顶盒电源解决方案LNBSupply13V-18VDemodulatorSatelliteAC/DC~DC/DCDC/DCDC/DCDC/DCDC/DCStereoDACHDMIPCCardFlashMemoryEthernetControllerROMTunerDDRRAMDigitalMediaProcessorMicroControllerFrontControlPanel

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MP1482MP1484MP94155V24V3.3V2.5V1.8V1.2V/1.05V

MP2374/MP8125UniversalACRS232SmartCardVCRUSBUSBSwitchMP6205512VDyingGaspMP200USBHost3.3V,1.2VLNBLDO

MP88025V3.3V5V,3.3V背景介绍-MPS机顶盒电源解决方案LNBSupply13V背景介绍料号调整器类型输入电压FB电压输出电压输出电流开关频率2128同步Buck2.5-60.60.6-513MHz2259非同步Buck4.5-160.80.8-1411.4MHz2374非同步Buck6.5-321.231.23-211330kHz1411非同步Buck4.75-180.920.92-162380kHz1482同步Buck4.75-180.920.92-152340kHz1582非同步Buck4.5-280.80.8-252500kHz-1.5MHz2212同步Buck3-16V0.80.8-143600kHz1484同步Buck4.75-180.920.92-153340kHz2307同步Buck4.75-230.920.92-203340kHz1423非同步Buck6-23V1.221.22-213385kHz9415同步Buck4.5-160.80.8-145500k1541升压Boost2.5-61.2525Vmax/1.3MHzMPS在Coship的常用物料背景介绍料号调整器类型输入电压FB电压输出电压输出电流开关频背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线Buck变换器工作原理非同步整流Buck（降压）变换器在VIN到SW的MOSFET关断期间，二极管继续流过电感电流

D1应使用肖特基二极管Buck变换器工作原理非同步整流Buck（降压）变换器在VIBuck变换器工作原理同步整流Buck（降压）变换器SW-GND集成了MOSFET，流过相同的电流时，M2两端的压降小于肖特基二极管，从而降低了损耗，提高了效率Buck变换器工作原理同步整流Buck（降压）变换器SW-GBuck变换器工作原理等效电路1Q1导通，D1承受反向压降截止；电感被充电，电感电流斜坡上升，储能增加。等效电路2Q1关断，电感电流不能突变，通过D1续流。Buck（降压）变换器Buck变换器工作原理等效电路1等效电路2Buck（降压）变Buck变换器工作原理输入输出关系SW方波经过LC二阶滤波器后，得到平滑的直流输出电压。Buck变换器工作原理输入输出关系SW方波经过LC二阶滤波器背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线IC及关键器件选择肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路的应用IC及关键器件选择肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路IC及关键器件选择t1t4TopGateDriveBottomGateDriveTopSwitchCurrentBottomSwitchCurrentBottomDiodeCurrentBottomChannelCurrentSwitchNodeVoltageInductorCurrentt0t2t3t5t7t6t8t9ttCoVinL1M1VoM2CinGNDSN肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路的应用（原理）外置肖特基性能优于M2的寄生二极管，从而改善效率IC及关键器件选择t1t4TopGateDriveBotIC及关键器件选择电感电感越大,纹波电流越小,输出纹波电压越小;

请在选择电感额定电流时留有一定余量；

贴片电感外的磁屏蔽减小噪声。IC及关键器件选择电感电感越大,纹波电流越小,输出纹波电压越IC及关键器件选择低温高温容量变化X:-55℃4:+65℃A:±1.0%Y:-30℃5:+85℃B:±1.5%Z:+10℃6:+105℃C:±2.2%

7:+125℃D:±3.3%8:+150℃E:±4.7%9:+200℃F:±7.5%

P:±10%R:±15%S:±22%T:+22%-33%U:+22%-56%V:+22%-82%电容(1)1，电解电容主要起到储能的作用，对低频纹波电压（如电网的工频纹波）有较好的衰减效果。因它的ESR较大，所以在对高频纹波电压（如Buck开关频率的纹波）进行抑制时，推荐多个电解电容并联使用；

2，陶瓷电容容量较小，常用的在0.1uF~47uF，ESR可以忽略，故对高频纹波电压具有较好的抑制效果，推荐X5R或X7R。IC及关键器件选择低温高温容量变化X:-55℃4:+65℃AIC及关键器件选择电容(2)输入电容Bypass电容输出电容电解电容+0.1~10uF陶瓷电容（X5R）0.01~1uF电解电容并联+0.1~10uF陶瓷电容（X5R）IC及关键器件选择电容(2)输入电容Bypass电容输出电容IC及关键器件选择电容(3)IC及关键器件选择电容(3)IC及关键器件选择IC工作原理——引脚释义（如MP9415）INVCCEN/SYNCFB/BST/SW/GND输入，输入端的功率由此进入IC输出，VCC为内部逻辑电路、驱动电路供电输入，通过高低电平使IC工作或不工作见后页IC及关键器件选择IC工作原理——引脚释义（如MP9415）IC及关键器件选择123451234566IC工作原理——峰值电流模式（如MP9415）1，输出电压被采样，与REF比较，输出误差电压Ver;

2，M1的电流被采样，其最大值（峰值）与Ver进行比较；

3，IC内部时钟与比较器的输出分别触发RS触发器，形成PWM信号。IC及关键器件选择123451234566IC工作原理——峰IC及关键器件选择IC工作原理——自举电路自举电路（BST-SW）的电容作为电压源，是为M1提供驱动能量，在SW为低电平时，该自举电容被补充能量。IC及关键器件选择IC工作原理——自举电路自举电路（BST-背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线布局布线电源请遵循下述要点1）输入电容（C1）靠近IN；2）流过大电流的走线尽宽；3）肖特基二极管/IC的“地”尽量靠近输入电容的地；4）分压电阻（R1、R2）靠近IC，反馈走线（L1到R1的走线）尽量短，远离SW节点，不能从电感下面走线；5）自举元件（Rb、Cb）尽量靠近IC，走线尽量短、宽布局布线（1）布局布线电源请遵循下述要点布局布线（1）布局布线布局布线（2）布局布线布局布线（2）背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策整改对策:改进PCB布局;自举电容串联电阻或加吸收电路.SW尖峰及振铃吸收电路(1)RsCs推荐值4.7~100Ω100~1000pF常见问题原因及排除对策整改对策:SW尖峰及振铃吸收电路(1)常见问题原因及排除对策SW尖峰及振铃吸收电路(2)整改前整改后常见问题原因及排除对策SW尖峰及振铃吸收电路(2)常见问题原因及排除对策可能的原因：1、输入（IN）电容离IC较远或电容量不够大；2、自举电容走线（BS-电容-SW）过长过细。IC较烫，电路效率低常见问题原因及排除对策可能的原因：IC较烫，电路效率低常见问题原因及排除对策或输出电压纹波测试（1）原则：尽量使“探头”和“探头地”之间的“环”最小（以避免探头地线环俘获高频噪声），从而测得真实的信号。

方法1，用铜线或焊丝圈绕出一个针尖，代替探头地；

方法2，将探头直接别在测试点和PCB的地上。常见问题原因及排除对策或输出电压纹波测试（1）原则：尽量使“常见问题原因及排除对策好较差输出电压纹波测试（2）常见问题原因及排除对策好较差输出电压纹波测试（2）常见问题原因及排除对策1，检查EN电平2，测量输出纹波3，测量SW波形是否稳定简单的信号完整性测试——判断你的DC-DC电路是否在正确的工作常见问题原因及排除对策简单的信号完整性测试——判断你的DC-附：新产品AdaptiveCOTModeLowRDS(ON)InternalPowerMOSFETsWide3Vto16VOperatingInputRangeFasttransientresponseTheMP1492isafullyintegrated,high–efficiency2Asynchronousrectifiedstep-downconverter.TheMP1492operatesathighefficiencyoverawideoutputcurrentloadrangebecauseofadaptiveConstant-On-Time(COT)controlmode.DigitalSetTopBoxesFlatPanelTelevisionandMonitorsDistributedPowerSystemsTophighlightloadefficiencyHighfullloadefficiencycurveAvailablefor3.3V,5V,12V,15VinputvoltageSmalloutputcapacitorforlowcostOtherFeaturesKeyFeaturesBenefitsApplicationsSpecifications2AOutputCurrentProprietarySwitchingLossReductionTechniqueProgrammableSwitchingFrequencyOCP,SCP,OVP,UVPProtectionCompatiblewith0.5WstandbyrequirementsEnablepinfunctionThermalshutdownInputvoltagerange3V-16VOutputAdjustablefrom0.805VSOIC8MP14922ASynchronousBUCKConverter附：新产品AdaptiveCOTModeTheMP14附：新产品MP1492的突出优势极其出色的效率表现，全负载范围内效率高于80%，上图示出即使输出10mA电流，效率仍>85%极强的带负载能力，动态负载响应时间仅为数个开关周期，特别适用于做核（Vore）电压，给主芯片/DSP等供电。附：新产品MP1492的突出优势极其出色的效率表现，全负载范MonolithicPowerSystemsQ&AMonolithicPowerSystems,Inc.

USHeadquarters

6409GuadalupeMinesRoadSanJose,CA95120Tel:(408)826-0600MonolithicPowerSystemsQ&AMBuck（降压）变换器简介2011-03MonolithicPowerSystems®刘少纯

现场应用工程师Buck（降压）变换器简介MonolithicPower背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线背景介绍CommunicationAudioFlatPanelWireless

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MP1482MP1484MP94155V24V3.3V2.5V1.8V1.2V/1.05V

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D1应使用肖特基二极管Buck变换器工作原理非同步整流Buck（降压）变换器在VIBuck变换器工作原理同步整流Buck（降压）变换器SW-GND集成了MOSFET，流过相同的电流时，M2两端的压降小于肖特基二极管，从而降低了损耗，提高了效率Buck变换器工作原理同步整流Buck（降压）变换器SW-GBuck变换器工作原理等效电路1Q1导通，D1承受反向压降截止；电感被充电，电感电流斜坡上升，储能增加。等效电路2Q1关断，电感电流不能突变，通过D1续流。Buck（降压）变换器Buck变换器工作原理等效电路1等效电路2Buck（降压）变Buck变换器工作原理输入输出关系SW方波经过LC二阶滤波器后，得到平滑的直流输出电压。Buck变换器工作原理输入输出关系SW方波经过LC二阶滤波器背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线IC及关键器件选择肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路的应用IC及关键器件选择肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路IC及关键器件选择t1t4TopGateDriveBottomGateDriveTopSwitchCurrentBottomSwitchCurrentBottomDiodeCurrentBottomChannelCurrentSwitchNodeVoltageInductorCurrentt0t2t3t5t7t6t8t9ttCoVinL1M1VoM2CinGNDSN肖特基二极管（可选）在同步整流Buck电路的应用（原理）外置肖特基性能优于M2的寄生二极管，从而改善效率IC及关键器件选择t1t4TopGateDriveBotIC及关键器件选择电感电感越大,纹波电流越小,输出纹波电压越小;

请在选择电感额定电流时留有一定余量；

贴片电感外的磁屏蔽减小噪声。IC及关键器件选择电感电感越大,纹波电流越小,输出纹波电压越IC及关键器件选择低温高温容量变化X:-55℃4:+65℃A:±1.0%Y:-30℃5:+85℃B:±1.5%Z:+10℃6:+105℃C:±2.2%

7:+125℃D:±3.3%8:+150℃E:±4.7%9:+200℃F:±7.5%

P:±10%R:±15%S:±22%T:+22%-33%U:+22%-56%V:+22%-82%电容(1)1，电解电容主要起到储能的作用，对低频纹波电压（如电网的工频纹波）有较好的衰减效果。因它的ESR较大，所以在对高频纹波电压（如Buck开关频率的纹波）进行抑制时，推荐多个电解电容并联使用；

2，陶瓷电容容量较小，常用的在0.1uF~47uF，ESR可以忽略，故对高频纹波电压具有较好的抑制效果，推荐X5R或X7R。IC及关键器件选择低温高温容量变化X:-55℃4:+65℃AIC及关键器件选择电容(2)输入电容Bypass电容输出电容电解电容+0.1~10uF陶瓷电容（X5R）0.01~1uF电解电容并联+0.1~10uF陶瓷电容（X5R）IC及关键器件选择电容(2)输入电容Bypass电容输出电容IC及关键器件选择电容(3)IC及关键器件选择电容(3)IC及关键器件选择IC工作原理——引脚释义（如MP9415）INVCCEN/SYNCFB/BST/SW/GND输入，输入端的功率由此进入IC输出，VCC为内部逻辑电路、驱动电路供电输入，通过高低电平使IC工作或不工作见后页IC及关键器件选择IC工作原理——引脚释义（如MP9415）IC及关键器件选择123451234566IC工作原理——峰值电流模式（如MP9415）1，输出电压被采样，与REF比较，输出误差电压Ver;

2，M1的电流被采样，其最大值（峰值）与Ver进行比较；

3，IC内部时钟与比较器的输出分别触发RS触发器，形成PWM信号。IC及关键器件选择123451234566IC工作原理——峰IC及关键器件选择IC工作原理——自举电路自举电路（BST-SW）的电容作为电压源，是为M1提供驱动能量，在SW为低电平时，该自举电容被补充能量。IC及关键器件选择IC工作原理——自举电路自举电路（BST-背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线布局布线电源请遵循下述要点1）输入电容（C1）靠近IN；2）流过大电流的走线尽宽；3）肖特基二极管/IC的“地”尽量靠近输入电容的地；4）分压电阻（R1、R2）靠近IC，反馈走线（L1到R1的走线）尽量短，远离SW节点，不能从电感下面走线；5）自举元件（Rb、Cb）尽量靠近IC，走线尽量短、宽布局布线（1）布局布线电源请遵循下述要点布局布线（1）布局布线布局布线（2）布局布线布局布线（2）背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策背景介绍内容Buck变换器工作原理IC及关键器件选择布局布线常见问题原因及排除对策整改对策:改进PCB布局;自举电容串联电阻或加吸收电路.SW尖峰及振铃吸收电路(1)RsCs推荐值4.7~100Ω100~1000pF常见问题原因及排除对策整改对策:SW尖峰及振铃吸收电路(1)常见问题原因及排除对策SW尖峰及振铃吸收电路(2)整改前整改后常见问题原因及排除对策SW尖峰及振铃吸收电路(2)常见问题原因及排除对策可能的原因：1、输入（IN）电容离IC较远或电容量不够大；2、自举电容走线（BS-电容-SW）过长过细。IC较烫，电路效率低常见问题原因及排除对策可能的原因：IC较烫，电路效率低常见问题原因及排除对策或输出电压纹波测试（1）原则：尽量使“探头”和“探头地”之间的“环”最小（以避免探头地线环俘获高频噪声），从而测得真实的信号。

方法1，用铜线或焊丝圈绕出一个针尖，代替探头地；

方法2，将探头直接别在测试点和PCB的地上。常见问题原因及排除对策或输出电压纹波测试（1）原则：尽量使“常见问题原因及排除对策好较差输出电压纹波测试（2）常见问题原因及排除对策好较差输出电压纹波测试（2）常见问题原因及排除对策1，检查EN电平2，测量输出纹波3，测量SW波形是否稳定简单的信号完整性测试——判断你的DC-DC电路是否在正确的工作常见问题原因及排除对策简单的信号完整性测试——判断你的DC-附：新产品AdaptiveCOTModeLowRDS(ON)InternalPowerMOSFETsWide3Vto16VOperatingInputRangeFasttransientresponseTheMP1492isafullyintegrate