Yeni SSP9481, çok çeşitli giriş voltajlarına (4,5V ila 80V) ve 1A yük kapasitesine sahip güç sistemleri tasarlamak için ideal, yüksek performanslı bir 80V, 1A asenkron buck dönüştürücüdür.
Aşağıda, çipin temel parametrelerinin seçimi, devre tasarımı, bileşen seçimi ve performans optimizasyonu dahil olmak üzere 40V ~ 60V giriş, 3.3V çıkış, 800mA yük kapasitesi güç kaynağı tasarım görevlerini tamamlamak için SSP9481 çipinin nasıl kullanılacağını ayrıntılı olarak açıklayacağız.
Veri Sayfasına göre, SSP9481'in özelliklerinin parametre seçimi gereksinimlerini karşıladığını anlayabiliriz.
Özellikler：
- Çıkış 1A sürekli akım, 1,5A tepe akımı
- Giriş Voltaj Aralığı: 4.5 ~ 80V
- 1Ω dahili güç MOSFET'i
- 480KHz sabit anahtarlama frekansı
- Düşük ESR'li Seramik Çıkış Kondansatörleri ile Kararlı
- Çevrimsel akım sınırlama koruması
- Termal kapanma koruması
- >92% verimlilik
- 1V ila 0,95×Vin arasında ayarlanabilir çıkış
- Düşük kapatma modu akımı: <1μA
- SOT23-6 paket
Aşağıda SSP9481'in tipik bir uygulama şeması verilmiştir (çıkış voltajı 5V'tur), spesifik içerik giriş kısmı, kontrol kısmı, çıkış kısmı ve geri besleme kısmı olarak basitleştirilebilir. Giriş kısmı: Kondansatör C1; Kontrol kısmı: SSP9481 çipi ve bootstrap devresi C2; Çıkış kısmı: diyot D1, indüktör L1, kapasitör C3; Geri besleme: dirençler R1, R2 ve kapasitörler C4.
Tipik uygulama şeması
Pin Yapılandırması:
Çip pin şeması
BST: Yüksek taraf MOSFET sürücü tüpünün pozitif güç terminalini dahili olarak yükselten bootstrap kapasitörünün pin ucu. Pin ile SW arasına bir yükseltici kapasitör bağlayın.
GND: TOPRAK Pimi
FB: Geri bildirim girişi
SW: Anahtarlama pimi, anahtarlama sivri uçlarını azaltmak için toprağa yakın bir düşük VF Schottky diyotuna bağlanmalıdır.
VIN: Güç kaynağı pimi ve enerji depolamak ve ayırmak için bir kondansatör bağlayın
EN: IC'yi etkinleştirmek için bu pini lojik-yüksek değerine sürün.
Mutlak Maksimum Değerler
| Parametre | Menzil |
| Besleme Gerilimi (VIN) | -0,3V ~ 85V |
| Anahtar Gerilimi (VSW) | -0,3V~VIN(MAKS)+0,3V |
| BST'den SW'ye | -0.3V ~ 6.0V |
| Diğer Tüm Pimler | -0.3V ~ 6.0V |
| Sürekli Güç (TA=+25°C) | 0.568W |
| Bağlantı Sıcaklığı | 150℃ |
| Kurşun Sıcaklığı | 260℃ |
| Depolama Sıcaklığı | -65℃~150℃ |
| Bağlantı Noktası-Ortam Termal Direnci (θJA) | 220℃/W |
| Bağlantı Noktasından Kasaya Termal Direnç (θJC) | 110℃/W |
Önerilen Çalışma Koşulları
| Parametre | Menzil |
| Besleme Gerilimi (VIN) | 4,5V ~ 80V |
| Anahtar Gerilimi (VSW) | 1V ~ 0,95*VIN |
| Çalışma Sıcaklığı | -40℃~85℃ |
Not 1: Maksimum limit, çipin çalışma aralığını aşması durumunda hasar görebileceği anlamına gelir. Tavsiye edilen çalışma aralığı, cihazın normal olarak çalıştığı aralığı ifade eder, Elektrik parametreleri, cihazın çalışma aralığında ve belirli performans göstergelerini sağlayan test koşulları altında DC ve AC parametreleri için spesifikasyonları tanımlar.
2. Kondansatör seçimi
2.1 Giriş kapasitansı seçimi
Giriş kapasitörünün temel amacı, çıkış büyük bir akım gerektirdiğinde harici güç kaynağı modülünün güç sağlayamamasını önlemek için enerji depolamak ve filtrelemektir, bu da çıkış voltajında bir düşüşe neden olur.
Giriş kapasitörleri elektrolitik, tantal veya seramik kapasitörler olabilir ve çip giriş piminin yakınına yerleştirmek için küçük bir seramik kapasitör (0,1μF) eklemeniz gerekir. Seramik kapasitörler kullanırken, girişin aşırı voltaj dalgalanmasını önlemek için yeterli kapasitans değerlerine sahip olduklarından emin olun.
Tasarım gereksinimlerine göre, ILOAD çıkış akımı 0.8A, fs anahtarlama frekansı 480KHZ, C1 giriş kondansatörü, Vout çıkış voltajı 3.3V, VIN giriş voltajı 40V ~ 60V ve giriş kondansatörü elektrolitik, tantal veya seramik olabilir. Giriş voltajı yüksek olduğunda, giriş kapasitörleri olarak alüminyum elektrolitik kapasitörlerin kullanılması tavsiye edilir, bu da hot swap power-up'ın neden olduğu giriş voltajı artışını etkili bir şekilde hafifletebilir. Potansiyel gürültüyü azaltmak için, elektrolitik kapasitörler kullanılırken, mümkün olduğunca küçük bir X5R veya X7R seramik kapasitör yerleştirilmelidir. Örneğin, 0,1uF/100V çip seramik kondansatör, giriş DC voltajından gelen yüksek frekanslı sinyalleri filtreler.
Bu örnekte giriş kondansatörü olarak 47μF/100V+100nF/100V kullanılmıştır.
2.2 Endüktans seçimi
Çıkış endüktansının ana işlevi çıkış akımını ve enerji depolamayı stabilize etmektir. Çıkış endüktansı ve çıkış kapasitansından oluşan LC filtre devresi, esas olarak çıkış voltajını yumuşatmak için kullanılır, böylece çıkış voltajı kararlı bir DC olur. Çıkış endüktansını seçerken, endüktans değerinin boyutunu dikkate almanın yanı sıra, endüktansın engelleyebileceği akım değerini de dikkate almak gerekir. BUCK anahtarlı dönüştürücünün çıkış endüktansı için akım değeri, çıkış akımının en az 1,2 katıdır. Endüktif dalgalanma akımı (ΔIL) yük akımının 30%'sidir. Çoğu tasarım için endüktans değeri aşağıdaki formülle elde edilebilir:
Formül:
Formüle göre, L indüktörü 22μH seçebilir ve indüktörün nominal akımı 1A'dır
2.3 Çıkış kapasitansı seçimi
L çıkış filtre endüktansı, RESR çıkış kapasitörünün eşdeğer seri direnç değeri ve COUT çıkış kapasitans değeridir. Anahtarlamalı güç kaynağı modülü için, güç kaynağının kendisi anahtarlama frekansıyla tutarlı bir güç dalgalanması üretecek ve her zaman güç çıkışının üzerine bindirilecektir. Çıkış dalgalanması ayrıca çıkış kapasitörünün iç direncinden kaynaklanacak, çıkış kapasitörünü sürekli olarak şarj edecek ve boşaltacak ve şarj akımı, çıkış kapasitörünün RESR'sinin her iki ucunda bir voltaj düşüşüne sahip olacak ve bu da çıkış dalgalanması üretecektir. Bu nedenle, çıkış kondansatörünü seçerken, elektrolitik kondansatör yerine daha küçük RESR'ye sahip çip seramik kondansatörü seçmeye çalışın. Çıkış empedansını azaltmak için birkaç kapasitör de paralel olarak seçilir. Kontrol döngüsünün yanıtı daha hızlıdır (COT), anahtarlama frekansı daha yüksektir veya yük seramik kapasitörlerle çok fazla değişmez.
Farklı kapasitör türleri arasında bazı farklılıklar vardır ve seramik kapasitörler için anahtarlama frekansındaki empedans kapasitans tarafından belirlenir. Çıkış voltajı dalgalanması esas olarak kapasitanstan kaynaklanır, basitlik için çıkış voltajı dalgalanması aşağıdaki formülle tahmin edilebilir:
Formül hesaplamasına göre, çıkış kapasitansı 2*22uF/10V+0.1uF/50V'dir ve çıkış dalgalanması yaklaşık 13mV'dir (tepeden tepeye değer)
3. Schottky diyot seçimi
Üst tüp anahtarı kapalıyken, çıkış diyotu endüktif bir akımdır. Diyot ileri iletim voltajı ve ters toparlanmanın neden olduğu kaybı azaltmak için Schottky diyotları kullanın. Diyottan akan ortalama akım aşağıdaki formüle göre tahmin edilebilir:
Schottky diyotun voltajını seçerken, ters arıza voltajı VR, maksimum giriş voltajının 20% ila 30%'sinden daha büyük olmalıdır ve voltaj ne kadar yüksek olursa o kadar iyidir, voltajın artmasıyla Schottky diyotun ileri voltaj düşüşü VF o kadar büyük olur.
Özetlemek gerekirse: bu örnekte, Schottky diyot SS18'i seçebiliriz
4. Geri besleme direnci seçimi
Bir geri besleme parçası direncinin seçilmesiyle, SSP9481 harici bir geri besleme direnci bağlayarak bir kapalı döngü devresi oluşturur ve böylece çıkışı ayarlanmış bir çıkış değerine sabitler. Geri besleme gerilimi, R1 ve R2'nin kısmi gerilimi aracılığıyla elde edilir ve VFB'nin tipik gerilim değeri 0,812V'tur.
Her çıkış gerilimi için referans direnç
| Vout（V） | R1(KΩ) | R2(KΩ) |
| 1.8 | 64,9（1%） | 80,6（1%） |
| 2.5 | 23,7（1%） | 49,9（1%） |
| 3.3 | 16.2（1%） | 49,9（1%） |
| 5 | 23,7（1%） | 124（1%） |
Kılavuzda önerilen direnç değerlerini kullanın.
5. Son şematik diyagram
6. Yerleşim tasarımı
(1) Vin kondansatörü, çipin Vin piminin ve çipin sinyal toprağının yakınına, mümkün olduğunca tek bir katmana yerleştirilmelidir, çünkü giriş akımı süreksizdir ve parazitik endüktansın neden olduğu gürültü, çipin ve mantık biriminin voltaj direnci üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Yüksek frekanslı döngünün döngüsü ne kadar küçük olursa, manyetik alan enerjisi de o kadar küçük olur.
(2) FB, çipin en hassas ve en kolay bozulan parçasıdır ve sistem kararsızlığının en yaygın nedenidir:
- FB direnci, gürültü kuplajını azaltmak için FB pinine mümkün olduğunca kısa bağlanır.
- Gürültü kaynaklarından, SW noktalarından (anahtarlama düğümleri), indüktörlerden, diyotlardan (senkronize olmayan buck) uzakta.
(3) İndüktörün yerleştirilmesinin, anahtarlama düğümünün yayılan gürültüsünü en aza indirmek için giriş kapasitörünün yerleştirilmesi kadar IC'ye yakın olması gerekmez. Genel olarak, indüktörün altına bakır döşenmesi tavsiye edilmez, çünkü toprak katmanındaki girdap akımı indüktansın azalmasına neden olacaktır.
(4) Çıkış filtresi kondansatörü indüktöre mümkün olduğunca yakındır. Yüksek frekans döngüsünün döngüsü ne kadar küçük olursa, manyetik alan enerjisi de o kadar küçük olur.
Şekil 2.2
(5) SW noktası, alanı mümkün olduğunca küçük tutarken, hassas ve kolayca rahatsız edilebilecek konumdan uzakta akımı sağlayan gürültü kaynağıdır. Düğüm alanının azaltılması ve indüktörün daha küçük bir hacimle değiştirilmesi, şekilde gösterildiği gibi elektrik alan gücünü azaltabilir：
7.Test
Giriş voltajı testi
Bu testte kullanılan ekipmanlar şunlardır: Puyuan marka MSO5204 dijital osiloskop ve multimetre.
Osiloskop dalgalanma testi Ayarlar:
Bağlantı modu: AC kuplaj,
Bant genişliği sınırı: 20M, kalem: X1.
Yer yayları ile test edin.
Evrensel kaynak MSO5204 dijital osiloskop
Aşağıdaki şekil, çıkış voltajı açılışının test diyagramını göstermektedir. Osiloskoptan maksimum çıkış voltajının 3.40V olduğu, çıkış voltajının yükselen kenarının yumuşak olduğu ve çınlama ve voltaj aşımı olmadığı görülebilir.
Çıkış gerilimi açılış testi
Aşağıdaki şekil, giriş gerilimi 40V ve yük 800mA olduğunda çıkış geriliminin dalgalanmasını göstermektedir. Osiloskoptan dalgalanmanın tepeden tepeye değerinin 14,25 mV olduğu görülebilir
Çıkış dalgalanma test tablosu
Aşağıdaki şekil, giriş gerilimi 60V ve yük 800mA olduğunda çıkış geriliminin dalgalanmasını göstermektedir. Osiloskoptan dalgalanmanın tepeden tepeye değerinin 17.42mV olduğu görülebilir.
Çıkış dalgalanma test tablosu
Gerçek test dalga formundan, çıkış voltajı dalgalanma tepe noktası hesaplanan sonuca çok yakındır.
