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2017.02.09 DC/DC

開關式穩壓器的特性和評估方法

有關「電源IC數據表的解讀法」,繼「數據表的封面」、「方塊圖」、「絕對最大額定和建議工作條件」、「電氣特性的關鍵」之後,本項接著說明「特性圖、波形的看法」。

總而言之,理解開關式穩壓器的特性和評估方法後接著讀解電源IC的數據表是非常重要的事。

・圖表的看法

數據表除了規格値表外,亦有刊載特性圖。理由在於規格値表的數値是指定條件中一點之値,且因無法得知幅度或傾向、對複數條件之變化等連續特性而加以補充。此外,規格値方面,有許多圖表顯示未規定之特性或電路之特性。這裡要提及的不只是規格値表的數値,亦提醒務必在檢查圖表並了解傾向或連續特性後再進行設計。重點在於圖表可以說是設計不可或缺的。那麼,接下來便以實際圖表來具體説明。

下表是數據表的部分規格値表。請觀察ICC、運作時電路電流之參數。ICC藉由「Ta=25℃」之溫度條件和幾項電壓及電流條件而有了最大値500μA之保證。標準値為350μA,沒有最小値之保證。由此表可知,「ICC為25℃時則在350μA左右,不超過500μA」。

9D_icc

在這裡,若欲設計之機器運作溫度範圍為0℃~60℃,則為了設計,最好事先抑制增加或減少0℃或60℃時標準値或溫度等變動之傾向。只不過,從此表無法得知。

規格表的溫度條件設定中有時會顯示所有運作溫度範圍條件,例如-40℃~+85℃範圍條件之規格値。此時與25℃一點之數値不同,若是上述機器之溫度範圍0℃~60℃,雖可以知道在其顯示之保證値内,但無法更進一步則沒有說明的必要。

9D_g1

此圖表同樣被記載於IC之數據表,以曲線表示溫度和ICC之關係。並且,更進一步顯示2個規格表沒有的VIN相關條件。若是剛才的0℃~60℃條件,縱使VIN高時也可以讀取到400μA±20μV左右。

此外,溫度上升ICC會増加、VIN一高ICC會増加等傾向也可以讀取。而且,這些在設計中將成為重要的資訊。

這裡必須注意的是,可從圖表讀取的數值或傾向並非保證值,而是標準特性。

雖然ICC縱使超過80℃也不會有超過25℃最大値500μA之情況,不過此例中「或許如此,但不一定保證」才是正確的理解。

9D_g2

下圖為效率和輸出電流的關係。此圖在開關式穩壓器IC的數據表中經常可以看見。只是,幾乎所有情況規格表都沒有效率項目,當然,別說是最大/最小値,就連標準値也沒有顯示。總之,效率是並未被保證的特性。

不過,雖說不保証,然而沒有什麼目標的話就沒有檢討的方法。也因此,特指定條件或電路、零件等,以圖表提示(大致上最佳之)特性做為一例。

由此圖表可以想像本身電路負載電流可得到之效率,效率曲線亦是選擇電源IC時之重要檢查點。

・波形的看法

9D_g3

數據表除了圖表外,有時亦顯示運作時之波形等。其主旨基本上與圖表相同,目的在於提示規格表中難以提示之特性。

此圖顯示的是示波器(Oscilloscope)畫面所表示之波形。縦向為電壓而橫向為時間軸。所顯示的是Switch-Node的ON-OFF波形和輸出呈現的漣波電壓。

從輸出電壓波形可以讀取漣波(ripple)電壓。仔細看的話,可以讀取到若Switch波形H時漣波會上升,L時則下降。此外,亦可知道漣波頻率基本上也與開關頻率相同,亦即同步。

當然,這些也將成為標準特性。標準意味著也可以與本身電路相同節點(node)之波形做比較,利用做為最適合之比較對象。

圖表和波形的看法整理如下:

◆圖表或波形有時可補充規格値沒有的特性,因此務必檢查。

  • 可確認增補規格表單點(one point)值之連續特性
  • 可針對溫度等變動條件確認規格値之變動
  • 可提示規格値沒有之特性(上例中之輸出漣波和效率),亦可利用做為最適合度之比較對象
  • 圖表之値非保證値,而是標準値

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