目前高频高效的DCDC变换器在汽车电子系统中的应用越来越多。
高的开关频率可以使用较小的功率电感和输出滤除电容,从而在整体上减小的系统的尺寸,提高系统的紧凑性,并降低系统的成本;高的工作效率可以提高汽车电池的使用时间,降低系统的功率损耗,从而减小系统的发热量,优化系统的热设计,并进一步提高系统的可靠性。
但高的开关频率会降低系统的工作效率,因此在设计时必须在开关频率和工作效率之间作一些折衷处理。本文主要针对DCDC降压型BUCK变换器应用于汽车电子系统时,探讨包括上述问题在内的一些设计技艺和注意事项,而且这些问题往往是工程现在设计时容易忽略的细节。
1 实际的最小及最大输入工作电压
1.1 开关频率
开关频率必须在效率,元件的尺寸,最小的输入与输出电压差,最大输入电压之间进行折衷处理。高的开关频率可以减小电感和电容的值,因此可以使用较小体积和尺寸的电感和电容,并降低成本。但高的开关频率会降低效率,并降低实际的最大的工作输入电压,以及要求更高的输入输出电压差。
最高的开关频率可以由下式计算:
上式表明:开关频率降低时占空比的范围增加,优化的开关频率必须保证系统具有足够的输入工作电压范围,同时使电感和电容尽量的小。
1.2 实际的最大输入工作电压
通常芯片的输入电压有一定额定的工作电压范围,除了额定的工作电压的限制,实际的输入工作电压还要受到其它一些条件的限制。最小的实际输入工作电压通常由最大的占空比来决定。BUCK 变换器的占空比为:
由此可知:低的开关频率可以在更高的输入电压时安全的操作。最短导通时间 t ON(MIN) 是每个控制器能够接通高端MOSFET的最短持续时间。它由内部定时延迟以及接通高端MOSFET所需要的栅极电荷量决定。低占空比的应用可以接近该最短导通时间限制,并应注意确保: