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开关稳压器的特性和评估方法

开关稳压器的基础:重要特性-IC的规格

针对开关稳压器的基础,确认开关稳压器的重要特性。本项将从“IC规格”的角度进行说明,而下一项则以“电源”的角度进行说明。

目前开关稳压器的设计几乎依赖所使用的电源IC并未言过其实。因此,理解电源IC的规格和意义非常重要。

开关稳压器用IC的技术规格的表有记载多项参数,并有显示规格值。这里仅就其中的输入电压范围、输出电压范围、输出电流、开关频率、工作温度范围等基本重要项目说明。

输入电压范围
输入电压范围是指IC可工作的输入电压范围。视IC的规格而定,最大5V或40V等种类,因此必须选择符合所使用电路的输入电源规格。此外,不只是最大电压,有许多IC也规定了可工作的最小电压。如果是降压电源,则为可工作比已设定输出电压稍高电压的最低电压。再低下去的话,有时IC会停止工作或产生异常工作。为了防止这种情况,有些称为UVLO(Under Voltage Lock Out)保护功能的IC。
除了稳定的输入电压外,还必须详细探讨施加浪涌等瞬态电压的可能性。视IC而定,有些将稳定电压和瞬时电压分开来规定。
与最大额定输入电压的区别在于最大额定是可彻底施加的电压,不问有无工作。
从高电压转换为低电压时,有时会承受降压比的限制,未必在所有范围都可使用。

输出电压范围
输出侧可设定的电压范围。输出电压固定型则不在此限。降压转换器中,最小输出电压一般无法设定成比内部基准电压低的电压。最大输出电压输入电压与电压损耗的差值。
就输出电压值而言,对IC的基准电压精度、输出电压设定用的电阻器的精度有影响。

输出电流
可输出的电流值。有只能保证最小值的情况和也能保证最大值的情况。电流值依赖输出段开关式晶体管的能力和热。一般说来,需要大电流时,外置输出段开关式晶体管较为有利。

必须配合输出所需的功率余量。有时会因热而导致破坏。此外,瞬时负载电流流动时,有必要确认输出电压处于十分稳定状态或于必要时间内维持稳定。
规格值的标示有输出电流(连续电流)和开关电流等表现。输出电流(连续电流)时,可连续供给其电流。开关电流时,是持续开关时的电流,所以不是可连续供给电流,而是开关电流扣除某百分比的可连续供给电流的值。

开关频率
开关频率,PWM时为已设定的固定频率。PFM频率则随条件而变动。通常频变高时,可以使用小数值的输出电容器和电感,尺寸也会变小,不过效率低下。需要权衡效率和尺寸。
开关稳压器会附带开关高谐波、开关噪声。虽可通过滤波器来降低,不过无线电或音响电路等对噪声敏感的电路有可能S/N会低下。

工作温度范围
可工作的温度范围,用周围温度Ta或接合部温度Tj来规定。必须在考虑欲使用设备的使用环境或工作保证后进行选择。
以Ta保证时,未必其Ta所有范围都可使用。由于会发热,故必须探讨周围温度和主要负载电流以免超过Tjmax。热的问题攸关可靠度降低或事故,因此非常重要。

要点总结如下表。

开关稳压器IC的规格和意义 要点
输入电压范围
可工作的输入电压范围。不只是最大电压,有时也有规定了可工作的最小电压。
  • 须覆盖输入电源的条件且有余量
  • 也要考虑输入电源的变动(电池输入等)或瞬态电压
  • 也探讨降压比
输出电压范围
输出侧可设定的电压范围。
  • 针对设定电压具有余量(考虑损耗部分)
  • 通常无法设定成比内部基准电压低的电压。
输出电流
可输出电流。依赖输出段开关式晶体管的能力和热。
  • 有余量(降额)
  • 也考虑瞬态电流
  • 连续输出电流和开关电流的区别
开关频率
开关的频率。PWM时为已设定的固定频率。PFM频率则随条件而变动。
  • 效率和尺寸的权衡
  • 考虑开关噪声、高谐波对使用电路的影响
工作温度范围
可工作的温度范围。规定周围温度或接合部温度。
  • 考虑应用领域的要求(民生、车载等)
  • 热相关考察非常重要
  • Ta+自发热不得超过Tj max。

关键要点:

・开关稳压器的设计要依据电源IC的使用方法,理解、探讨IC的规格很重要。

・需理解电源规格和IC规格的关系。