DC-DC｜設計編

總整理

2017.12.08

重點

・在設計DC-DC轉換器時，選擇電感和輸入輸出電容尤為重要。

・必須了解電路運轉、電流路徑、各零件的功能為何。

・遵照設計手冊進行計算，依照實測結果調整至最佳化。

DC-DC轉換器：設計篇、「轉換器之電感和電容的選定」的總整理。

電感和電容是降壓型DC-DC轉換器重要的零件，挑選的結果將對性能和特性造成極大影響，就如同本章說明過一般。如何選擇，大多可經由電源IC的資料表，或是應用筆記和設計手冊等補充資料加以說明。首先，利用說明內容和公式來設計。

但可惜的是，即使完全依照手冊進行設計，也未必能達到最好的工作狀態。有時也會調整常數來改善，不過，盲目變更反而會導致難以收拾的後果，有時候問題解決了，但不知道問題是什麼原因產生的，就沒有自信能投入量產。

為了避免發生上述狀況，最重要的就是理解降壓型DC-DC轉換器的基本動作，以及和其電流的流動方向。此外，電感和靜電容量發生變化後，除了經由計算公式了解什麼部分會發生變化、會發生那種變化外，也必須事先依據經由實測得到的經驗加以判斷。

以下為各項的總整理。

轉換器之電感和電容的選定

①降壓轉換器的基本工作
  • 在設計DC-DC轉換器時，選擇電感和輸入輸出電容尤為重要
  • 必須了解電路運轉、電流路徑、各零件的功能為何
②電感的選擇
  • 計算必要的電感L
  • 計算流向電感的最大電流（輸出電流＋1/2漣波電流）
  • 根據計算好的L值（或近似值），選擇飽和電流超過所計算最大電流的電感
  • 會在短路和過渡狀態下，流過大於所計算最大值的電流時，可以根據最大開關電流來做選擇
  • 基本上根據計算結果，考量寬裕值（亦稱邊限Margin）
  • 根據公司設計規則和經驗法則來決定寬裕值
③輸出電容的選擇
  • 選擇輸出電容時的要件

    1）額定電壓
    2）額定漣波電流
    3）ESR（等效串聯電阻）

  • 施加在電容上的電壓和漣波電流，必須低於電容最大額定值
  • ESR 和電感電流有關，是決定輸出漣波電壓的重要條件
④輸入電容的選擇
  • 選擇輸入電容時的要件

    1）額定電壓
    2）額定漣波電流和漣波電流發熱特性
    3）使用陶瓷電容時：溫度特性和DC偏壓特性

  • 額定電壓必須比最大輸入電壓高
  • 額定漣波電流必須比IC輸入時，所產生的最大輸入漣波電流還要大
  • 使用降壓轉換器時，瞬間輸入電流的最大值和輸出電流相同

以上

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本資料以降壓型開關穩壓器為主題，不僅涵蓋了其工作原理及功能等基礎知識，還一併說明了與線性穩壓器的比較、同步整流與二極體整流、控制方式、輔助功能等。

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