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Este artículo repasará algunos consejos generales que puede utilizar al diseñar un convertidor reductor CC-CC.

El circuito básico del convertidor de CC / CC Buck

Antes de comenzar, revisemos el circuito del convertidor reductor CC-CC:

Compensaciones de componentes en convertidores Buck

Es importante comprender los compromisos de diseño con los que se enfrenta.

Para ayudarlo, desarrollé una matriz de "lo que afecta a lo que" en el diseño del dólar:

"Lo que afecta a lo que" por George Biner.

El principal compromiso es la elección de la inductancia (inversamente relacionada con el factor k, es decir, la relación de pico a pico a la corriente del inductor promedio), la capacitancia de salida y la frecuencia de conmutación para lograr una respuesta de ondulación y transitoria adecuada.

Los diseñadores definitivamente deben aprovechar las herramientas de diseño de los fabricantes de IC reguladores para determinar los valores de los componentes y también para la simulación de circuitos.

Conozca sus capacitores

• Asegúrese de que los capacitores tengan capacidad a la frecuencia de operación y sepa dónde se encuentra su frecuencia de resonancia propia.
• Las cerámicas son buenas en frecuencias amplias pero tienen una capacidad relativamente baja. Por lo general, un tipo de capacitor no puede cubrir todo el rango de frecuencia y dos tipos (cerámica y electrolítico, por ejemplo) deben usarse en paralelo, con la cerámica más cerca del circuito.
• Los condensadores también pierden mucha capacitancia nominal con la tensión de polarización aplicada.

Confía pero verifica: chips y componentes

• En las PCB fabricadas por terceros con componentes pequeños y sin marcar, debe confiar en la tarjeta de relleno que se instalaron los componentes correctos. Asegúrese de que su confianza no esté fuera de lugar.
• Si ha enviado un chip al fabricante para un análisis de falla, no esté inactivo esperando el resultado. Los niveles de calidad de los chips en estos días son muy altos y es extremadamente improbable que el chip te haya llegado mal. Ese análisis también llevará algún tiempo. Mientras tanto, podrías estar encontrando el problema real.
• Si está utilizando un chip digital, verifique que las configuraciones que ha cambiado realmente se hayan escrito en el chip, no solo en la GUI.

Considere la posibilidad de prueba y medición

• No asuma que los voltajes de CC son estables sin verificar con un alcance.
• Hay mucho en el proceso de medir la ondulación, y el equipo adecuado para realizarla es costoso. Si bien es mejor usar una sonda diferencial elegante, puede usar una sonda de un solo extremo; solo asegúrese de que el cable de tierra sea muy corto y esté conectado justo al lado de V_afuera.
  • Usa una sonda 1x (puedes construirla tú mismo). Una sonda 10x no tendrá la sensibilidad que necesitas.

Los picos de HF se acoplan a la salida a través de la capacitancia parásita del inductor. Es posible que deba disminuir la velocidad de encendido del MOSFET superior para reducir el timbre o dv / dt Encendido espurio del MOSFET inferior, aunque esto es eficaz.

Analice su capacitancia de entrada

• La capacitancia de entrada es menos conocida que la capacitancia de salida, pero puede ser necesaria para cumplir con los requisitos de ruido de entrada y para asegurarse de que su circuito no esté sin energía.
• Los capacitores de entrada tienen grandes corrientes de ondulación que alcanzan su pico al 50% del ciclo de trabajo, generan calor y acortan la vida útil de la tapa. Asegúrese de que la corriente está dentro de sus especificaciones. Hay una compensación básica cuando se agrega más paralelo do_en, ya que la ESR cada vez más baja causará mayores corrientes de rizado y más calentamiento. Para realmente bajar la corriente de rizado de entrada, es posible que necesite un inductor en serie.
• A medida que los ciclos de trabajo son más altos, el consumo de corriente de do_en es más alto, resultando en más V_en caída en el chip, esto se vuelve significativo si V_en Ya es bajo, ya que estás más cerca de correr hacia la parte inferior. V_en límite: es posible que deba agregar do_en en estos casos.

Piense por adelantado al diseño de PCB

• Conozca los conceptos básicos de las rutas actuales y la minimización de los bucles de alta corriente. Las escuelas enseñan mucho sobre las rutas de los circuitos de avance, pero nada sobre las rutas de retorno, que se muestran como símbolos de tierra perfecta. Realice el diseño de manera que las corrientes de retorno puedan seguir sus caminos naturales (que son bucles minimizados).
• Mantener las inductancias de la trayectoria de potencia bajas. Corrientes pulsantes a través de ellos crean picos de voltaje y EMI irradiado. Las vías de alta potencia están bien, pero sus características deben ser entendidas.
• Tenga una idea del nivel de impedancia de los nodos del circuito y protéjalos en consecuencia. Por ejemplo, el nodo sumador de un amplificador de error es de alta impedancia y sensible al ruido, aíslelo y hágalo pequeño.
• Respete la partición entre analógico, digital y de potencia y proporcione rutas de retorno naturales. La conexión a tierra en estrella evita el correr grandes corrientes pulsantes a través de caminos de tierra compartidos con circuitos sensibles de bajo nivel.

Conozca (y respete) sus límites

• Asegúrese de respetar las curvas de reducción de temperatura: a alta temperatura, la corriente máxima y la disipación de potencia siempre se reducen de los valores de "encabezado".
• Asegúrese de que los voltajes de los pines nunca se dirijan más allá de las especificaciones operativas, tanto de pines a tierra como de pines a pines. Por ejemplo, energizar un pin dentro de su especificación de pin a tierra, pero violar su especificación de pin a pin a un pin diferente puede quemar el chip.
• Tenga en cuenta los tiempos de encendido y apagado mínimos / máximos controlables del chip del controlador y asegúrese de que no lo esté utilizando demasiado cerca de sus límites.

Conclusión

Para obtener más información, lea mi artículo sobre fallas comunes en el diseño de convertidores y cómo solucionarlos.