【導(dǎo)讀】ADI LTC1871 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一款異步升壓型轉(zhuǎn)換器，其輸出端采用了一個(gè)外部 MOSFET 和肖特基二極管，它的 SPICE 模型可用于構(gòu)建一個(gè)輸入電壓為 1(V)、輸出電壓為 12(V) 和負(fù)載電流為 24(A) 的升壓轉(zhuǎn)換器，如下圖 (圖1) 所示。接下來(lái)開(kāi)始運(yùn)行仿真以觀察每個(gè)終端的波形。
本文由ADI代理商駿龍科技工程師講解如何利用LTC1871 升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的仿真電路來(lái)檢查開(kāi)關(guān)波形，并觀察寄生電感變化時(shí)的 PCB 布局。
使用理想模型進(jìn)行仿真
ADI LTC1871 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一款異步升壓型轉(zhuǎn)換器，其輸出端采用了一個(gè)外部 MOSFET 和肖特基二極管，它的 SPICE 模型可用于構(gòu)建一個(gè)輸入電壓為 1(V)、輸出電壓為 12(V) 和負(fù)載電流為 24(A) 的升壓轉(zhuǎn)換器，如下圖 (圖1) 所示。接下來(lái)開(kāi)始運(yùn)行仿真以觀察每個(gè)終端的波形。
LTC1871 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器仿真結(jié)果
仿真結(jié)果如下圖 (圖2) 所示，從頂部開(kāi)始分別為：輸出波形、SENSE 引腳波形、第 I 個(gè)引腳波形、GATE (BG) 引腳波形和開(kāi)關(guān) (SW) 節(jié)點(diǎn)波形。從波形來(lái)看它是穩(wěn)定的，控制引腳 Ith 上的信號(hào)是干凈的，SENSE 引腳的電壓尖峰正常上升，并且開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)是沒(méi)有電壓尖峰的。但是實(shí)際上這個(gè)波形與仿真的波形完全不同，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)遇到過(guò)沖并且 GATE 引腳下沖的情況，這或許會(huì)超過(guò) GATE 引腳的最大規(guī)格，同樣開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)也可能會(huì)下沖并高于最大額定值。在實(shí)際應(yīng)用中，這些情況的不僅會(huì)發(fā)生，并且可能會(huì)因 PCB 布局而加劇。
電路板寄生電感變化時(shí)的反應(yīng)
在實(shí)際電路中存在寄生元件，例如寄生電感。寄生電感是由元件幾何形狀和 PCB 布局引起的，由于電流壓擺率非常高，與 MOSFET、二極管和輸出電容器串聯(lián)的寄生電感可能存在一些問(wèn)題，例如高壓擺率的電流在這些寄生電感中會(huì)產(chǎn)生大電壓。如下圖 (圖3) 紅框部分所示為具有附加寄生電感的升壓轉(zhuǎn)換器電路，在該電路中首先需要將寄生電感添加到控制器的 GND 引腳，紅框以外的寄生電感可省略，因?yàn)樗鼈冊(cè)谶@次仿真中并不重要。
寄生電感對(duì)輸出波形的影響
接下來(lái)可以查看仿真結(jié)果，如下圖 (圖4) 所示。從圖中可以觀察受電感影響的輸出波形，可以看到有大量的高頻振鈴。其中第一級(jí)的第 I 個(gè)控制引腳和第二級(jí)的 SENSE 引腳上存在電壓尖峰，這些電壓尖峰可能會(huì)影響到控制器。此外第三級(jí)控制器的 PGND 上也有振鈴，它會(huì)在外部組件和控制器的 GND 之間產(chǎn)生電壓差。第四級(jí) GATE 驅(qū)動(dòng)引腳也出現(xiàn)過(guò)多振鈴，這個(gè)振鈴可以被有效利用，但它也有可能因?yàn)槌^(guò)柵極引腳的最大額定值并導(dǎo)致故障。
通過(guò)下圖 (圖5) 中的放大輸出波形圖，可以比較直觀地看到寄生電感的變化，其中主要問(wèn)題點(diǎn)是超過(guò)控制器引腳的最大額定值。需要注意的是，柵極驅(qū)動(dòng)器的引腳受到振鈴的影響后也可能會(huì)導(dǎo)致電路問(wèn)題，所以為了盡量減少這些問(wèn)題，必須將寄生電感降至最低。在仿真過(guò)程中首先需要注意功率 MOSFET 和輸出電容器選擇低寄生電感的組件，外部功率 MOSFET (IPP052N06L3) 采用 TO-220 和 TO-263 封裝，TO-220 封裝具有一個(gè)約 13mm 長(zhǎng)的源極引腳，TO-263 型封裝具有一個(gè)約 4mm 長(zhǎng)的源極引腳。僅考慮長(zhǎng)度，TO-220 封裝的寄生電感可能比 TO-263 型大 3 倍以上。
為了最小化輸出電容器的電感，建議選擇表面貼裝陶瓷電容器，而不是帶引線端子的電容器。此外通過(guò)并聯(lián)陶瓷電容器，可顯著降低等效串聯(lián)電感，為了降低寄生電感，功率 MOSFET、二極管和輸出電容應(yīng)盡可能靠近放置，并用粗短接線連接。
總結(jié)
本文通過(guò)理想電路仿真，說(shuō)明了LTC1871自身的 GND 和外部組件 GND 可以達(dá)到均衡，然而在現(xiàn)實(shí)中，電路會(huì)受各個(gè)元件和 PCB 的寄生電感的影響而導(dǎo)致電位擺動(dòng)，并且從仿真波形圖可以看到這些寄生電感效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電源 IC 發(fā)生故障。
文章來(lái)源：亞德諾半導(dǎo)體
免責(zé)聲明：本文為轉(zhuǎn)載文章，轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息，版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
復(fù)雜醫(yī)療系統(tǒng)中信號(hào)完整性測(cè)試挑戰(zhàn)的應(yīng)對(duì)之道
了解 ADAS 和車(chē)艙監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全圖像傳感器的需求
什么樣的電源設(shè)計(jì)，能讓無(wú)人機(jī)載荷更大、飛得更遠(yuǎn)？
從4個(gè)到256個(gè)通道，GaN技術(shù)如何創(chuàng)新5G基站系統(tǒng)的緊湊設(shè)計(jì)
