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DC/DC

配置DC/DC轉換器的機板電路

降壓轉換器運轉時的電流路徑

在配置DC/DC轉換器的機板電路時,為了知道應考慮那些地方,以及理解為什麼要如此配置,必須先清楚知道降壓轉換器運轉時的電流路徑。
開關穩壓器為類比電路,但以線形為中心的電路不同,電流會和電壓切換,也就是開和關(on off)。配置機板電路是考量施加哪一種性質的電壓到哪個節點、哪條線路上,以及會有哪種電流流過等因素,再設計出最適合的路徑。

今回將說明出發點「降壓轉換器運轉時的電流路徑」。另外,本章預計說明下列幾個項目。

Figure 1-a. 開關元件Q1開啟時的電流路徑

Figure 1-b. 開關元件Q1關閉時的電流路徑

Figure 1-c. 電流差距、配置電路上的重要處

降壓轉換器運轉時的電流路徑

右側電路圖是外接二極體整流,或者非同步整流的降壓DC/DC轉換器IC的電路。和BOOT端子相連接的電容,使用了能夠驅動內建Nch-MOSOFET的自舉(Bootstrap)電容。此外,和COMP端子相連接的電阻和電容屬於位相補償用的零件。會根據IC的情況刪除前述的端子。當然,不用說其他端子和零件也是基本端子和必備的外接零件。

Figure 1-a 的紅色線是開關Q1開啟時流過的主要電流和路徑,並且標示了流動方向。CBYPASS 是高頻用的去耦電容,CIN 是大容量電容。

開關Q1開啟的一瞬間,將流過變化急遽的電流,其中大半由CBYPASS 供應,之後才由CIN 提供。變化緩慢的電流則是由輸入電源提供。

Figure 1-b 的紅色線是開關Q1關閉時的電流路徑。二極體 D1開啟後,蓄積在電感器L的能量往輸出端釋出。

降壓轉換器的輸出端串聯插入電感器,因此輸出電容的電流雖然上下變動,但卻非常平穩。

Figure 1-c 的紅色線是表示Figure 1-a和1-b的差分。開關Q1關閉切換至開啟,開啟切換至關閉時,紅色線的電流將忽然發生波動。這個系統由於變化急遽,將形成包含許多高諧波在內的電流波形。

差分的這部份非常重要,PCB 佈線時需極力注意。

概略來說,即使是同步整流,就算外接開關電晶體,電流的情況也是一樣。之後將在該電流的流動為前提下進行說明,因此請好好地了解本章所說的電流路徑。

重點:

・配置(設計)機板電路時,必須要理解降壓轉換器的電流路徑。

・若未適當地配置好電路,開關穩壓器在切換時,急遽開、關電流將對電路運轉和其他部分造成不良影響。


週邊元件的選擇和PCB佈局