概述图 1：100 W 降压-升压转换器的演示电路板02项目范围设计一款满足以下要求的升降压转换器：
 图2：高频 ΔI/Δt 环路和临界ΔU/Δt开关节点电路图，具体取决于转换器工作模式本应用使用了来自Linear Technology (Analog Devices) 的开关稳压器LT3790。其输入电压范围高达60VDC，开关频率可调，可控制四个外部MOSFET，使设计具有高度灵活性。03设计和测量升降压电路设计的主要特点：
 图3：转换器功率级简图3.1.电感选择利用REDEXPERT在线平台，可以快速、轻松、精确地选择合适的电感。在此案例中，必须先为降压操作输入一次操作参数（Vin、fsw、Iout、Vout、ΔI），再为升压操作输入一次。在降压操作中，需求一个更大的电感以及一个更小的最大峰值电流 (7.52 µH/5.83 A)。在升压操作中，电感减小了，但最大峰值电流会增大 (4.09 µH/7.04 A)。使用REDEXPERT选择电感的另一个好处是：可以根据不同器件复杂的交流和直流损耗、产生的器件发热以及它们的明显参数（尺寸、额定电流等），对它们进行比较。在此案例中，选择了WE-XHMI系列屏蔽电感，电感值为6.8μH，额定电流为15A。由于采用现代制造技术，该器件的RDC极低，尺寸极小，仅15x15x10mm（长/宽/高）。其创新的磁芯配比材料还使其具有不受温度影响的软饱和特性。 3.2.输入电容器选择由于流过滤波电容器的脉冲电流较高，并且要确保较低的输出纹波，因此铝聚合物和陶瓷电容器的组合成为最佳选择。一旦最大输入和输出电压纹波设置完成后，可使用以下公式计算所需电容。 使用REDEXPERT，可以轻松、快速地确定MLCC的直流偏置，得出的值更接近实际，参见图6。结果：必须考虑到输入电压为24V 时电容会减少20％；因此有效容值只有23μF，但已足够。此外，将一个 68μF/35V WCAP-PSLC铝聚合物电容器与陶瓷电容器并联使用，串联一个0.22Ω SMD电阻。这有助于转换器的负输入阻抗与输入滤波器保持稳定（更多信息请参见ANP044）。由于该电容器也会有一定量的高脉冲电流流过，因此铝电解电容器在此案例中不太适用。较高的ESR会导致该类电容器温度过高。 图6：所选MLCC的REDEXPERT阻抗、ESR和直流偏置图。3.3.输出电容器选择 另加：1个铝聚合物电容器以快速响应瞬态信号：WCAP-PSLC 220µF/25V 图7：100W升降压转换器电路图（包括所有滤波器器件）3.4.PCB 顶层布局分析 图8：降压-升压转换器的 EMC 优化顶层布局（省略输入和输出滤波器组）1.陶瓷滤波电容器布置紧密，使得高 △l/△t 的输入和输出环路结构非常紧凑。2.电路中的敏感的、高阻抗的模拟部分的 AGND 覆铜表面分离且顺滑（仅 PIN30 连接到 PGND）。3.非常靠近开关电源IC的紧凑型自举电路。4.并联电容的电流测量连接按差分线路布线，采用干净的开尔文连接。5.通过宽带 π型 滤波器对开关稳压器 IC 的内部电源做去耦滤波6.为了达到电路板底部和内部PGND层的低电感和低阻抗需使用尽量多的过孔。7.大面积覆铜可以作为良好的散热片并提供低 RDC，但不得超过必要的面积，特别是在两个“热”△U/△t 开关节点上，以免形成不必要的天线。3.5.PCB 底层布局分析 图 9：降压-升压转换器的EMC优化底层布局，包括四个功率MOSFET、剩余的滤波电容器、并联电容和续流二极管8.在靠近FET的位置布置陶瓷滤波电容器，使得高△l/△t的输入和输出环路结构非常紧凑。9.几何形状布局和覆铜表面的使用意味着FET之间以及FET与并联电容之间的连接的阻抗和电感极低。10.具反向几何形状的电容分流器，可进一步降低寄生电感；因此，HF电流环路也可减至最小。11.由于没有其它大型器件阻碍热传导，因此PCB底面上的半导体可以得到更好的冷却。12.超快恢复肖特基二极管紧邻相应的 开关FET布置。13.大面积覆铜可以作为良好的散热片并提供低RDC，但不得超过必要的面积，特别是在两个“热”△U/△t开关节点上，以免形成不必要的天线。3.6.中间层布局分析 图 10：中间层3的布局 图 11：中间层2、4、5的布局
 图12：不含输入滤波器时的传导干扰测量。果然，尽管布局良好，但干扰超出了B类限值。 图13：不含输入和输出滤波器时的辐射干扰测量。在大约180MHz 下，干扰和限值之间的差异非常小，这可能会导致后续测量出现问题。其原因是肖特基恢复电流的快速反向恢复时间刺激了寄生 LC 谐振。图15 显示了输入和输出滤波器的结构（共模和差模）。图16 显示了该滤波器在EMC相关频率范围内对差模插入阻尼的仿真。 图14：三种不同频率范围的滤波器元件框图 图15：输入和输出滤波器组差模插入阻尼的LTSpice仿真（仅漏感与CMC相关） 图16：仿真差模插入衰减与两个滤波器组的寄生特性最高 500MHz 下，可实现超过80dB的插入损耗。其它的滤波器损耗由电感器中的欧姆损耗导致：
 图17：使用的两个WE-UCF共模电感的共模和差模阻抗曲线3.设计T型滤波器时，尽可能消除三个器件内不必要的电容和电感耦合。4.两个共模电感下方没有覆铜，以便最大限度减少电容耦合 图18：顶层视图，包括符合CISPR32 B类的所有滤波器元件 图 19：顶层测量3.10. 100 W Pout (Ta = 22 °C)下滤波器的温度和效率测量100 W Pout 下的效率测量结果：
 图20：底层测量04总结尽管具有精细的布局以及合适的有源和无源器件，但此案例中苛刻的规格要求（如长电缆、缺少屏蔽等）意味着如果不额外加装滤波器，就无法符合Class B标准。但是，由于这一问题在意料之中，可以从一开始就设计合适的滤波器。因此，本文档设计了一款灵活、高效且符合B类标准的100W降压-升压转换器。为使电路板更加紧凑，可将两个滤波器组旋转90°或布置在PCB底面。借助如REDEXPERT和LTSpice等设计和仿真软件，可以快速、低成本地得出结果。 图21：含上述输入滤波器时的传导干扰。在整个测量范围内，平均和准峰值干扰均未超出规定限值 图22：含上述输入和输出滤波器时的辐射干扰在整个测量范围内，干扰均未超出规定限值（水平和垂直）。A. 附录A.1. 物料清单 END |
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[经验]自制升降压转换器，不妨了解一下
关键词： 经验 自制 降压 转换器
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