DC-DC输入输出匹配电容选择
DCDC电路中电感的选择
DCDC电路中电感的选择[电路设计资料]DC/DC 电路中电感的选择在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。
本文专注与解释：电感上的DC 电流效应。
这也会为选择合适的电感提供必要的信息。
理解电感的功能电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L（C 是其中的输出电容）。
虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。
在降压转换中（Fairchild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC 输出电压。
另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。
在状态1 过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET 连接到输入电压。
在状态2 过程中，电感连接到GND。
由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET 接地。
如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchronus）”方式。
现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。
在状态1 过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。
对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。
相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。
对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
我们利用电感上电压计算公式：V=L(dI/dt)因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。
通过电感的电流如图2 所示：通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC 电流加开关峰峰电流的一半。
上图也称为纹波电流。
根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流：其中，ton 是状态1 的时间，T 是开关周期（开关频率的倒数），DC 为状态1 的占空比。
选择最佳DCDC变换器的要点及途径
一、元器件的选择1.DC-DC电源变换器的三个元器件1)开关：无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。
电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。
只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。
2)电感：电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。
电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。
其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说，由于“磁通连续性”,电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。
电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。
但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数(或称寄生参数)的现象。
其一是绕线电阻，这是不可避免的;其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。
杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。
如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。
3)电容：电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。
但对频率的特性却刚好相反。
应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。
实际上的电容并不是理想的元件。
电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。
另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。
有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。
电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。
常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。
DC-DC如何选择电感与电容
DC/DC如何选择电感与电容使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。
很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压， 尽一管采用线性稳压器即可实现这 转换， 但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。
本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、 性能以及成本时必须要面对的常见问题。
大信号与小信号响应开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重／轻负载时的高效率。
现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。
例如， 当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时， 内核吸收的电流会从几十微安很决地上升到数百毫安。
随着负载条件变化， 环路会迅速响应新的要求， 以便将电压控制在稳压限制范围之内。
负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。
我们可根据稳态工作点定义小信号 参数。
因此， 我们一般将低于稳态工作点10%的变化称为小信号变化。
实际上， 误差放大器处千压摆范围(sl ew lim it)内， 由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度， 放大器并不控制环路， 所以， 在电感器电流达到要求之前， 由输出电容器满足瞬态电流要求。
消除输出电容器可以在成本和占板空间两方面实现节省。
输出电容器的基本选择取决千纹波电流、纹波电压以及环路稳定性等各种因素。
输出电容器的有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。
利用电感器纹波电流((IL)和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。
因此，设计时应当选用E SR尽可能低的电容器。
例如，采用XS R/X7R技术的4.7u F到10u F电容器表现为10m(范围的ESR值。
轻负载（或者不考虑纹波的应用）也可以使用容值更小的电容器。
Q相对节殍侐�I坠(Q湘对书碑呴＇，心沮绕龋盄器，，R氏""240mP/ I-s盯可OOmA图2品质－频率图：(a) Q和频率的关系；(b) RS和频率的关系。
TPS6220x系列降压转换器具有内部环路补偿功能。
buckdcdc电路输出电容耐压计算
buckdcdc电路输出电容耐压计算1. 介绍DC-DC变换器是电子设备中常用的一种电路，用于将直流电压转换为另一种直流电压。
其中，buck型DC-DC变换器是一种常见的降压转换器，通过降低输入电压来输出所需的较低电压。
在buck型DC-DC变换器中，输出电容扮演着重要的角色，用于存储电能并平滑输出电压。
2. 输出电容在buck型DC-DC电路中的作用buck型DC-DC电路中的输出电容主要有两个作用。
它可以存储电能，当开关管导通时，电容会储存电荷；当开关管关断时，电容释放储存的电荷，从而使输出电压平滑而稳定。
输出电容还能减小电路输出端的波纹电压，提高电路的稳定性和性能。
3. 输出电容的耐压要求在选择输出电容时，需要考虑输出电容的耐压。
输出电容的耐压要求取决于电路的工作电压和电压波动范围。
耐压值应大于等于最大输出电压，并且需考虑到电容的安全裕量以及电压波动带来的影响。
4. 输出电容耐压的计算输出电容的耐压可以通过以下公式进行计算：\[V_{cap} = V_{out} + \Delta V\]式中，\(V_{cap}\)为输出电容的耐压值，\(V_{out}\)为电路的输出电压，\(\Delta V\)为电压波动范围。
5. 实例分析假设某buck型DC-DC电路的输出电压为12V，电压波动范围为±1V，那么输出电容的耐压计算如下：\[V_{cap} = 12V + 1V = 13V\]输出电容的耐压应该大于等于13V。
6. 输出电容的选择在实际应用中，通常会选择标称电压比输出电压大一定裕量的电容。
还需要考虑电容的容值和稳压性能，确保电路的输出稳定性和可靠性。
常见的电容类型有陶瓷电容、铝电解电容等，根据具体的应用需求进行选择。
7. 总结buck型DC-DC电路中的输出电容在工作中扮演着重要的作用，其耐压计算需要根据电路工作电压和电压波动范围确定。
正确选择输出电容，并合理计算其耐压值，可以保证电路的稳定性和性能。
DCDC电路中电感的选择
DC/DC 电路中电感的选择在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。
工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。
本文专注与解释：电感上的DC电流效应。
这也会为选择合适的电感提供必要的信息。
理解电感的功能电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L（C 是其中的输出电容）。
虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。
在降压转换中（Fairch ild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC输出电压。
另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GN D。
在状态1 过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET连接到输入电压。
在状态2 过程中，电感连接到G ND。
由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET接地。
如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchr onus）”方式。
现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。
在状态1 过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。
对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。
相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。
对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
我们利用电感上电压计算公式：V=L(dI/dt)因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。
通过电感的电流如图2所示：通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为D C 电流加开关峰峰电流的一半。
避免dc-dc电源输出端带大电容满载启动时发生过流保护的方法
避免DC-DC电源输出端带大电容满载启动时发生过流保护的方法引言随着大规模集成电路的核心电压越来越低，所需供电电流却越来越大，用于大规模集成电路供电的DC-DC 开关电源也必须满足在极低输出电压下可提供高达数十安培电流的要求，这给电源设计带来了极大的挑战。
实际应用中，DC-DC开关电源往往需要外接一组很大的电容以降低电源在负载变化时在输出端产生的电压跳变，在这种情况下，如果电流检测电路设计不当，在输出端外接很大电容且加满载启动时，就很容易在启动过程中引发过流保护，从而导致DC-DC电源无法正常启动。
电源输出端带大电容满载启动时可能遇到的问题DC-DC电源在给大规模集成电路供电时，输出电压一般很低，而输出电流却很大。
以输出电压为3.3V的八分之一砖模块为例，现在主流的输出电流规格一般为30A。
为了防止输出电压在负载变化时跳变过大，在应用3.3V/30A的八分之一砖模块时，其输出端一般需要外接约10000μF的电解电容。
输出电流以25%的比例变化时，输出电压变化量的计算过程如下。
输出电流的变化为30A×25%=7.5A。
输出端外接10000μF电容时，如果电源的动态恢复时间为100μS，那么在负载发生25%变化时电源输出电压的跳变约为：对于输出电压为3.3V的开关电源，150mV大约相当于输出电压的4.55%，小于一般集成电路供电要求的±5%，可以满足系统中集成电路的需求。
然而，对于开关电源来说，当输出端的外部接10000μF电容时，在开关电源启动的过程中，输出端不得不持续为这组大电容充电，由于电容的等效阻抗很低，电源相当于被这个10000μF的电容短路，这样就造成开关电源在带大电容启动时一直处于被短路的状态。
如果启动电路和过流检测电路设计不当，在这种情况下，很容易造成在带大电容启动时开关电源一直处于过流保护状态(OCP)而无法正常启动和输出额定电压，这一过程如图1所示。
图1 电源输出端带大电容满载启动时出现过流保护现象的曲线在图中，Channel 2显示的是电源模块在输出端带大电容满载启动时的过流检测信号的幅度。
电源转换之DC-DC_LDO
电源转换之DC-DC电源按输出类型分为AC（交流）和DC（直流）。
电源之间的转换大致分为以下情况：1．AC-AC升/降压2．AC-DC升/降压3．DC-AC升/降压4．DC-DC升/降压第1种情况主用应用电网输配电的网络上。
第2情况应用很广泛，手机充电器，电脑电源适配器等。
第3情况应用电源逆变器。
第4种情况主要用于PCB 板上电源转换。
我们公司现有产品上采用的是DC-DC降压的电源转换方式。
DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换）。
根据调整管的工作状态分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。
线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。
一般来说，线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成如下图：常用的线性串联型稳压电源芯片有：78XX系列，79XX系列，1117系列（LDO）。
从上图可以看出输入输出之间存在压差：Vdrop＝2Vbe＋Vsat至少有1.5V～2.5V的压差（7805压差典型值为2V）。
LDO(Low Dropout)稳压器，导通管是单个PNP管来驱动单个NPN管。
LDO 的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，输入输出之间存在压差：Vdrop＝Vbe＋Vsat我们现在用LSP1117A，AP1117都属于这种LDO。
（LSP1117A压差典型值：1.3V）。
现在市场还有一种更低压差的LDO，如LSP2160（压差典型值：220Mv）。
它的导通管采用P-FET（P沟道场效应管）。
采用P-FET做导通管不仅Vdrop可以做的很低同时静态电流可以做的很小，在PNP LDO中要驱动PNP功率管就需要基极电流。
基极电流由地脚（ground pin）流出并反馈回反相输入电压端。
因此，这些基极驱动电流并未用来驱动负载而是流回到地。
DC Block电容的挑选与匹配上的应用
我们得知，越多电阻并联，则整体总电阻就越低，因此电容值越大，则内阻就越 小。
2
Q. 所以 DC Block，其电容值越大越好啰，这样 Loss 才会小。 A. 如果不在 RF 路径，是这样没错。例如晶振 CLK 路径上的 DC Block
所以综合以上所述，挑选 DC Block 电容时，其自我谐振频率要接近于你的操作频 率，这样 XL-Xc 才会小，阻抗偏离程度才会小，Mismatch Loss 才会小，整体的 Loss 才会小。
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Q. 下图三个路径，要放 DC Block，值要怎么决定?
A. 套用刚刚的结论，你应该已经知道了，2.45 GHz 路径放 15 pF，5 GHz 路 径放 3 pF。但公共端，同时包含了 2.45 GHz 跟 5 GHz，有没有㇐种电 容，可以同时拥有两个谐振频率? 当然不会有这种东西，所以公共端的电容值，你要嘛就顾好 2.45 GHz，放 15 pF，不然就是顾好 5 GHz，放 3 pF。不过通常建议，放 3 pF 顾好 5 GHz，因为 5 GHz 的频率高，Loss 大，依照经验，差不多比 2. 45 GHz 大 个 0.5 dB。如果此时你放 15 pF，让 5 GHz 的阻抗偏离 50 奥姆，那 Loss ㇐定只会更大。两害相权取㇐轻，5 GHz 的 Loss 大，要先顾，所以建议放 3 pF。
很清楚可以知道，在自我谐振频率点时，感抗跟容抗互相抵消，亦即 XL-Xc 为 零。此时该电容会有最小阻抗，最小 Loss。
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而依照自我谐振频率公式 [1]: 自我谐振频率，会随着电容值而有所变化。因此，要挑选㇐颗电容，其谐振频率正 好是你的操作频率，这样就会有最小阻抗，最小 Loss。 因此，再以下表作说明，因为 15pF 的自我谐振频率，约为 2450 MHz，所以 Loss 最小。同理，3 pF 的自我频率，约为 5500 MHz，所以 Loss 最小。
DC-DC电路设计技巧及器件选型原则
1.概念：DC-DC指直流转直流电源（Direct Current）。
是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值得电能的装置。
如，通过一个转换器能将一个直流电压（5.0V）转换成其他的直流电压（1.5V或12.0V），我们称这个转换器为DC-DC转换器，或称之为开关电源或开关调整器。
DC-DC转换器一般由控制芯片，电感线圈，二极管，三极管，电容器构成。
在讨论DC-DC转换器的性能时，如果单针对控制芯片，是不能判断其优劣的。
其外围电路的元器件特性，和基板的布线方式等，能改变电源电路的性能，因此，应进行综合判断。
DC-DC转换器的使用有利于简化电源电路设计，缩短研制周期，实现最佳指标等，被广泛用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、仪器仪表、交换设备、接入设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽车电子、航空航天等领域。
具有可靠性高、系统升级容易等特点，电源模块的应用越来越广泛。
此外，DC-DC转换器还广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。
在电路类型分类上属于斩波电路。
2.特点：其主要特点是效率高：与线性稳压器的LDO相比较，效率高是DCDC的显著优势。
通常效率在70%以上，重载下高的可达到95%以上。
其次是适应电压范围宽。
A: 调制方式1: PFM（脉冲频率调制方式）开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定。
PFM控制型即使长时间使用，尤其小负载时具有耗电小的优点。
2: PWM（脉冲宽度调制方式）开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。
PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。
B: 通常情况下，采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。
PWM的频率，PFM的占空比的选择方法。
PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制，且在重负载时自动转换到PWM控制。
02.架构分类1）常见的三种原理架构：A、 Buck（降压型DC/DC转换器）图1 B、Boost（升压型DC/DC转换器）图2 C、Buck-Boost（升降压型DC/DC转换器）图3 2）Buck电路工作原理详解图4伏秒平衡原则：处于稳定状态的电感，电感两端的正伏秒积等于负伏秒积，即：电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
DC-DC转换器的使用
HT77XX DC/DC转换器的使用文件编码：HA0109S简介HT77XX是PFM控制DC-DC升压转换器，可用于PDA和DSC等便携设备中。
HT77XX将脉冲频率调节器（PFM）、N沟道MOSFET、基准电压源和电压检测器集成在一块电路内，具有低静态电流、高转换效率、低起动和持继电压等特性，使得在便携式产品电池电压较低的情况下也可工作，并且延长电池工作时间。
PFM基本工作原理如下：输出电压通过分压电阻与基准电压作比较，并形成一个反馈。
当输出电压减小并低于基准电压，比较器输出发生翻转并触发振荡电路开始工作。
振荡电路输出一个固定时间的脉冲，用于控制MOS管的导通；反之，MOS管将截止。
其中导通由振荡器控制，而截止时间取决于负载。
按这种方法，即可控制输出电压，整个过程可以参考图1理解。
当系统负载较轻，PFM工作过程可参考图2。
在输出电压由0V升至内部基准电压前，比较器使能115KHz振荡器并打开MOS管（6.5μS高电平，2.2μS低电平）。
由于翻转发生在比较器正端电压低于负端电压时，输出电压纹波将会影响PFM振荡。
当系统负载较重时，输出电压会产生较大的纹波，振荡电路激活并输出脉冲信号控制MOS管，直到比较器的正端电压高于基准电压。
当MOS管导通，外部电感电流上升存储电量；当MOS管截止，电感两端电压反向，使电流经过二极管再由电容滤波后供给负载。
当电感电流大于输出电流，输出电容用于存储电量。
在MOS 管刚刚处于截止状态时，由于电感共振作用会形成一个短暂的振荡，输出电容可用于消除电感共振引起的容量偏离。
储存在电感上的电量被消耗，输出电容上存储的电量用于向负载提供稳定的电压。
当存储的能量被耗尽，电流下降直至二极管截止后将进入下一个周期。
输出电压会随负载增加而下降（如图3）。
当输出电压降至低于基准电压，振荡电路激活并输出一个固定时间的脉冲，电感上通过的电流线性上升。
当振荡电路激活时，由于负载较重，输出电压会有较大幅度的下降。
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DC-DC电容
一、通常来说，DC-DC的功率选择范围并不大，一般只留出30%左右的富余量，不会让它富余很多。
例如电路功耗是10W，DC-DC一般选择12-15W。
既然DC-DC接近满负荷运转，而电容的容量又是根据电路的电流（功率）来计算的，那么你就不必格外计算了，DC-DC模块的出厂说明书里，对输出级的电容，会有明确要求的（毕竟厂家里的检测设备全面，而且可以从DC-DC的内部来检测，因为不同的输出电流、不同的电容，对DC-DC的影响是多方面的，这不仅是电压问题，还有纹波系数、转换效率等等），所以厂家会告诉你输出电容所允许的最大容量（一般是几百uF），这是一个在各方面指标都能得到权衡的一个最佳值。
因此，输出级电容的选择，按照厂家给你的最大容量使用即可。
这么用如果出了问题，你可以找厂家、或者换厂家，因为绝不是你设计的问题。
DC-DC输入级的电容可不能这么用，因为DC-DC启动的电流很大。
在电源内阻较大的时候，过小的电容会导致DC-DC无法启动或反复启动，严重时会损坏DC-DC模块，因此输入级的电容应越大越好，这要取决你的电源内阻和DC-DC的启动瞬间电流，需要通过实际测试来选择电容容量，这个计算不来的。
需要注意的是电容材质的选择，对于输入及的电容，如果用电解电容，要考虑到DC-DC模块自身的发热问题，长期发热会把电解液烤‘干’，容量会大幅减少，所以输入级电解电容要在测试成功的基础上，再选择更大容量的。
而输出级的电容由于有最大容量要求，所以不要用电解，建议用钽电容。
二、对电容的常识知之甚少.平时司空见惯的电容.在做一DC-DC电路时出现偏差.输出电压很不稳定,忽高忽低,有时甚至烧IC.最后工程师说我这电路不能用电解电容来做滤波,只能用陶瓷电容(问他也不告诉我为什么.郁闷).不然就会这样.实验结果也是这样.但不是搞不明白为什么.
降压IC的开关频率是,6V输入.输出.希望高手指点迷津.在此先谢过.
对了,我输入输出端加的都是一个跟一个100uF的电容做滤波.
感谢同仁们的关注.电解电容的极性没接反.
2.不是DC-DC不能用电解电容滤波，而是你上M的频率，用电解电容等效阻抗太大，基本起不到滤波效果吧你这个老师太小气，为什么不告诉你为什么呢怕你抢他饭碗
3.电解电容适用低频或叫音频。
当用于高频时相当于高频短路。
而且漏电烧芯片。
4.高频时候一般选用MLSS-陶瓷电容
电解适用与低频，容值可以做的很大
时，电解电容很可能已经变成了电感了！
的频率，无须使用大电容的！用独石电容就行了，例如X7R!。