【Rekomendasi produk】 Shanghai Siproin Microelectronics SSP9481-DCDC step-down chip - Seluruh proses desain sirkuit BUCK berdasarkan SSP9481

SSP9481 yang baru adalah konverter buck asinkron 80V, 1A berkinerja tinggi yang ideal untuk mendesain sistem daya dengan berbagai tegangan input (4,5V hingga 80V) dan kemampuan beban 1A.

Di bawah ini, kami akan menguraikan cara menggunakan chip SSP9481 untuk menyelesaikan input 40V ~ 60V, output 3.3V, kapasitas beban tugas desain catu daya 800mA, termasuk pemilihan parameter utama chip, desain sirkuit, pemilihan komponen, dan pengoptimalan kinerja.

Menurut Lembar Data, kita dapat memahami bahwa karakteristik SSP9481 memenuhi persyaratan pemilihan parameter.

Fitur：

• Output 1A arus persisten, arus puncak 1,5A
• Rentang Tegangan Input: 4,5 ~ 80V
• MOSFET daya internal 1Ω
• Frekuensi pengalihan tetap 480KHz
• Stabil dengan Kapasitor Keluaran Keramik ESR Rendah
• Perlindungan pembatas arus siklus demi siklus
• Perlindungan pematian termal
• > Efisiensi 92%
• Output dari 1V hingga 0,95 × Vin dapat disesuaikan
• Arus mode pematian rendah: <1μA
• Paket SOT23-6

Berikut ini adalah diagram aplikasi tipikal SSP9481 (tegangan output 5V), konten spesifik dapat disederhanakan menjadi bagian input, bagian kontrol, bagian output, dan bagian umpan balik. Bagian masukan: Kapasitor C1; Bagian kontrol: Chip SSP9481 dan sirkuit bootstrap C2; Bagian keluaran: dioda D1, induktor L1, kapasitor C3; Umpan balik: resistor R1, R2 dan kapasitor C4.

Diagram aplikasi yang umum

Konfigurasi Pin:

Diagram pin chip

BST: Ujung pin kapasitor bootstrap, yang secara internal menaikkan terminal daya positif tabung driver MOSFET sisi tinggi. Hubungkan kapasitor penguat antara pin dan SW.

GND: Pin GROUND

FB: Masukan umpan balik

SW: Pin pengalihan, perlu dihubungkan ke dioda Schottky VF rendah di dekat arde untuk mengurangi lonjakan pengalihan.

VIN: Pin catu daya, dan sambungkan kapasitor untuk menyimpan energi dan memisahkan

EN: Mengarahkan pin ini ke logika-tinggi untuk mengaktifkan IC.

Peringkat Maksimum Mutlak

Kondisi Pengoperasian yang Disarankan

       Catatan 1: Batas maksimum berarti bahwa chip dapat rusak jika melebihi rentang kerja. Di sana rentang operasi yang dipuji mengacu pada rentang di mana perangkat berfungsi secara normal, Parameter listrik menentukan spesifikasi untuk parameter DC dan AC perangkat dalam rentang operasinya dan dalam kondisi pengujian yang memastikan indikator kinerja tertentu.

2. Pemilihan kapasitor

2.1 Pemilihan kapasitansi input

Tujuan utama kapasitor input adalah untuk menyimpan energi dan menyaring, sehingga dapat mencegah modul catu daya eksternal gagal memasok daya ketika output memerlukan arus yang besar, yang mengakibatkan penurunan tegangan output.

Kapasitor input dapat berupa kapasitor elektrolit, tantalum, atau keramik, dan perlu menambahkan kapasitor keramik kecil (0,1μF) untuk menempatkan pin input chip di dekatnya. Saat menggunakan kapasitor keramik, pastikan kapasitor tersebut memiliki nilai kapasitansi yang cukup untuk mencegah input dari riak tegangan yang berlebihan.

Menurut persyaratan desain, ILOAD adalah arus keluaran 0.8A, fs adalah frekuensi switching 480KHZ, C1 adalah kapasitor input, Vout adalah tegangan output 3.3V, VIN adalah tegangan input 40V ~ 60V, dan kapasitor input dapat berupa elektrolitik, tantalum atau keramik. Ketika tegangan input tinggi, disarankan untuk menggunakan kapasitor elektrolitik aluminium sebagai kapasitor input, yang secara efektif dapat mengurangi lonjakan tegangan input yang disebabkan oleh hot swap power-up. Untuk mengurangi potensi kebisingan, ketika menggunakan kapasitor elektrolit, kapasitor keramik X5R atau X7R kecil harus ditempatkan sejauh mungkin. Sebagai contoh, kapasitor keramik chip 0,1uF/100V menyaring sinyal frekuensi tinggi dari tegangan DC input.

Dalam contoh ini, 47μF/100V + 100nF/100V digunakan sebagai kapasitor input.

2.2 Pemilihan induktansi

Fungsi utama induktansi output adalah untuk menstabilkan arus output dan penyimpanan energi. Rangkaian filter LC yang terdiri dari induktansi keluaran dan kapasitansi keluaran terutama digunakan untuk memperhalus tegangan keluaran, sehingga tegangan keluaran adalah DC yang stabil. Saat memilih induktansi keluaran, selain mempertimbangkan besar kecilnya nilai induktansi, perlu juga mempertimbangkan nilai arus yang dapat dihambat oleh induktansi tersebut. Nilai arus untuk induktansi keluaran konverter sakelar BUCK setidaknya 1,2 kali arus keluaran. Arus riak induktif (ΔIL) adalah 30% dari arus beban. Untuk sebagian besar desain, nilai induktansi dapat diperoleh dengan rumus:

Formula:

Menurut rumus, induktor L dapat memilih 22μH, dan arus pengenal induktor adalah 1A

2.3 Pemilihan kapasitansi keluaran

L adalah induktansi filter output, RESR adalah nilai resistansi seri ekuivalen kapasitor output, dan COUT adalah nilai kapasitansi output. Untuk modul catu daya switching, catu daya itu sendiri akan menghasilkan riak daya yang konsisten dengan frekuensi switching, selalu ditumpangkan pada output daya. Riak keluaran juga akan disebabkan oleh resistansi internal kapasitor keluaran, terus-menerus mengisi dan mengosongkan kapasitor keluaran, dan arus pengisian akan mengalami penurunan tegangan di kedua ujung RESR kapasitor keluaran, yang akan menghasilkan riak keluaran. Oleh karena itu, ketika memilih kapasitor output, cobalah untuk memilih kapasitor keramik chip dengan RESR yang lebih kecil daripada kapasitor elektrolit. Beberapa kapasitor juga dipilih secara paralel untuk mengurangi impedansi output. Respons loop kontrol lebih cepat (COT), frekuensi switching lebih tinggi, atau beban tidak banyak berubah dengan kapasitor keramik.

Terdapat beberapa perbedaan antara berbagai jenis kapasitor, dan untuk kapasitor keramik, impedansi pada frekuensi switching ditentukan oleh kapasitansi. Riak tegangan output terutama disebabkan oleh kapasitansi, untuk mempermudah, riak tegangan output dapat diperkirakan dengan rumus berikut:

Menurut perhitungan rumus, kapasitansi output adalah 2 * 22uF/10V + 0.1uF/50V, dan riak output sekitar 13mV (nilai puncak-ke-puncak)

3. Pemilihan dioda Schottky

Ketika sakelar tabung atas mati, dioda output adalah arus induktif. Gunakan dioda Schottky untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh tegangan konduksi maju dioda dan pemulihan balik. Arus rata-rata yang mengalir melalui dioda dapat diperkirakan menurut rumus berikut ini:

Saat memilih tegangan dioda Schottky, tegangan tembus balik VR harus lebih besar dari 20% hingga 30% dari tegangan input maksimum, dan semakin tinggi tegangannya semakin baik, semakin besar penurunan tegangan maju VF dioda Schottky dengan peningkatan tegangan.

Singkatnya: dalam contoh ini, kita dapat memilih dioda Schottky SS18

4. Pemilihan resistensi umpan balik

Dengan pemilihan resistor bagian umpan balik, SSP9481 membentuk sirkuit loop tertutup dengan menghubungkan resistor umpan balik eksternal, sehingga menstabilkan output ke nilai output yang ditetapkan. Tegangan umpan balik diperoleh melalui tegangan parsial R1 dan R2, dan nilai tegangan tipikal VFB adalah 0,812V.

Resistansi referensi untuk setiap tegangan output

Gunakan nilai resistansi yang direkomendasikan dalam manual.

5. Diagram skematik akhir

6. Desain tata letak

(1) Kapasitor Vin harus ditempatkan di dekat pin Vin chip dan arde sinyal chip, sejauh mungkin dalam satu lapisan, karena arus input terputus-putus, dan kebisingan yang disebabkan oleh induktansi parasit memiliki efek buruk pada resistansi tegangan chip dan unit logika. Semakin kecil loop dari loop frekuensi tinggi, semakin kecil energi medan magnet.

(2) FB adalah bagian chip yang paling sensitif dan mudah terganggu, dan merupakan penyebab paling umum ketidakstabilan sistem:

1. Resistor FB dihubungkan ke pin FB sependek mungkin untuk mengurangi kopling derau.
2. Jauh dari sumber kebisingan, titik SW (simpul sakelar), induktor, dioda (buck non-sinkron).

(3) Menempatkan induktor tidak perlu sedekat mungkin dengan IC seperti menempatkan kapasitor input untuk meminimalkan noise yang terpancar dari simpul switching. Umumnya, tidak disarankan untuk meletakkan tembaga di bawah induktor, karena arus eddy di lapisan arde akan menyebabkan induktansi berkurang.

(4) Kapasitor filter output sedekat mungkin dengan induktor. Semakin kecil putaran loop frekuensi tinggi, semakin kecil energi medan magnetnya.

Gambar 2.2

(5) Titik SW adalah sumber noise, yang memastikan arus sekaligus menjaga area sekecil mungkin, jauh dari posisi sensitif dan mudah terganggu. Mengurangi area simpul dan mengganti induktor dengan volume yang lebih kecil, dapat mengurangi kekuatan medan listrik, seperti ditunjukkan dalam gambar: (1)

7. Uji

Uji tegangan input

Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah: Osiloskop digital MSO5204 merek Puyuan dan multimeter.

Pengaturan uji riak osiloskop Pengaturan:

Mode kopling: Kopling AC,

batas bandwidth: 20M, pen: X1.

Uji dengan pegas tanah.

Osiloskop digital MSO5204 sumber universal

Gambar berikut ini menunjukkan diagram uji penyalaan tegangan output. Dapat dilihat dari osiloskop bahwa tegangan output maksimum adalah 3,40V, tepi kenaikan tegangan output lembut, dan tidak ada dering serta overshoot tegangan.

Uji penyalaan tegangan keluaran

Gambar berikut ini menunjukkan riak tegangan output ketika tegangan input 40V dan beban 800mA. Dapat dilihat dari osiloskop bahwa nilai puncak-ke-puncak riak adalah 14,25mV

Grafik uji riak keluaran

Gambar berikut ini menunjukkan riak tegangan output ketika tegangan input 60V dan beban 800mA. Dapat dilihat dari osiloskop bahwa nilai puncak-ke-puncak riak adalah 17,42mV

Grafik uji riak keluaran

Dari bentuk gelombang pengujian aktual, puncak riak tegangan output sangat dekat dengan hasil yang dihitung.