【Produktempfehlung】Shanghai Siproin Microelectronics SSP9481-DCDC Abwärts-Chip --Gesamtes Verfahren des BUCK-Schaltungsentwurfs basierend auf SSP9481

Der neue SSP9481 ist ein hochleistungsfähiger asynchroner Abwärtswandler mit 80 V und 1 A, der sich ideal für die Entwicklung von Stromversorgungssystemen mit einer großen Bandbreite an Eingangsspannungen (4,5 V bis 80 V) und einer 1-A-Lastfähigkeit eignet.

Im Folgenden wird erläutert, wie der SSP9481-Chip für die Entwicklung von Stromversorgungen mit einem Eingang von 40V~60V, einem Ausgang von 3,3V und einer Belastbarkeit von 800mA eingesetzt werden kann, einschließlich der Auswahl der Schlüsselparameter des Chips, des Schaltungsdesigns, der Auswahl der Komponenten und der Leistungsoptimierung.

Aus dem Datenblatt geht hervor, dass die Eigenschaften des SSP9481 die Anforderungen der Parameterauswahl erfüllen.

Eigenschaften：

• Ausgang 1A Dauerstrom, 1,5A Spitzenstrom
• Eingangsspannungsbereich: 4,5~80V
• 1Ω interner Leistungs-MOSFET
• 480KHz feste Schaltfrequenz
• Stabil mit Low-ESR-Keramik-Ausgangskondensatoren
• Zyklusweiser strombegrenzender Schutz
• Thermischer Abschaltschutz
• >92% Wirkungsgrad
• Ausgang von 1V bis 0,95×Vin einstellbar
• Niedriger Strom im Abschaltmodus: <1μA
• SOT23-6-Gehäuse

Es folgt ein typisches Anwendungsdiagramm des SSP9481 (Ausgangsspannung ist 5V), der spezifische Inhalt kann in den Eingangsteil, den Steuerteil, den Ausgangsteil und den Rückführungsteil vereinfacht werden. Eingangsteil: Kondensator C1; Steuerteil: SSP9481-Chip und Bootstrap-Schaltung C2; Ausgangsteil: Diode D1, Induktivität L1, Kondensator C3; Rückführung: Widerstände R1, R2 und Kondensatoren C4.

Typisches Anwendungsdiagramm

Pin-Konfiguration:

Chip-Stiftdiagramm

BST: Das Pin-Ende des Bootstrap-Kondensators, der intern den positiven Stromanschluss der High-Side-MOSFET-Treiberröhre anhebt. Schließen Sie einen Booster-Kondensator zwischen dem Pin und dem SW an.

GND: Erdungsstift

FB: Rückkopplungseingang

SW: Schaltstift, muss mit einer Nieder-VF-Schottky-Diode in der Nähe der Masse verbunden werden, um Schaltspitzen zu reduzieren.

VIN: Stromversorgungs-Pin, und Anschluss eines Kondensators zur Energiespeicherung und Entkopplung

EN: Setzen Sie diesen Pin auf einen logischen High-Pegel, um den IC zu aktivieren.

Absolute Maximalwerte

Empfohlene Betriebsbedingungen

       Anmerkung 1: Die Höchstgrenze bedeutet, dass der Chip beschädigt werden kann, wenn er den Arbeitsbereich überschreitet. Der empfohlene Betriebsbereich bezieht sich auf den Bereich, in dem das Gerät normal funktioniert. Die elektrischen Parameter definieren die Spezifikationen für die Gleich- und Wechselstromparameter des Geräts innerhalb seines Betriebsbereichs und unter Testbedingungen, die bestimmte Leistungsindikatoren gewährleisten.

2. die Auswahl des Kondensators

2.1 Auswahl der Eingangskapazität

Der Hauptzweck des Eingangskondensators besteht darin, Energie zu speichern und zu filtern, um zu verhindern, dass das externe Stromversorgungsmodul die Stromversorgung unterbricht, wenn der Ausgang einen hohen Strom benötigt, was zu einem Abfall der Ausgangsspannung führt.

Bei den Eingangskondensatoren kann es sich um Elektrolyt-, Tantal- oder Keramikkondensatoren handeln, und es muss ein kleiner Keramikkondensator (0,1μF) hinzugefügt werden, um den Chip-Eingangsstift in der Nähe zu platzieren. Wenn Sie Keramikkondensatoren verwenden, stellen Sie sicher, dass sie ausreichende Kapazitätswerte haben, um den Eingang vor übermäßiger Spannungswelligkeit zu schützen.

Gemäß den Designanforderungen ist ILOAD der Ausgangsstrom 0,8A, fs die Schaltfrequenz 480KHZ, C1 der Eingangskondensator, Vout die Ausgangsspannung 3,3V, VIN die Eingangsspannung 40V~60V, und der Eingangskondensator kann ein Elektrolyt-, Tantal- oder Keramikkondensator sein. Wenn die Eingangsspannung hoch ist, wird empfohlen, Aluminium-Elektrolytkondensatoren als Eingangskondensatoren zu verwenden, die die Eingangsspannungsspitzen, die durch Hot-Swap-Einschaltungen verursacht werden, wirksam abmildern können. Um potenzielles Rauschen zu reduzieren, sollte bei Verwendung von Elektrolytkondensatoren ein kleiner X5R- oder X7R-Keramikkondensator so weit wie möglich platziert werden. Ein 0,1uF/100V-Chip-Keramikkondensator filtert zum Beispiel hochfrequente Signale aus der Eingangsgleichspannung heraus.

In diesem Beispiel wird 47μF/100V+100nF/100V als Eingangskondensator verwendet.

2.2 Auswahl der Induktivität

Die Hauptfunktion der Ausgangsinduktivität ist die Stabilisierung des Ausgangsstroms und die Energiespeicherung. Die LC-Filterschaltung, die sich aus der Ausgangsinduktivität und der Ausgangskapazität zusammensetzt, wird hauptsächlich zur Glättung der Ausgangsspannung verwendet, so dass die Ausgangsspannung ein stabiler Gleichstrom ist. Bei der Auswahl der Ausgangsinduktivität muss neben der Größe der Induktivität auch der Stromwert berücksichtigt werden, den die Induktivität hemmen kann. Der Nennstrom für die Ausgangsinduktivität des BUCK-Schaltwandlers beträgt mindestens das 1,2-fache des Ausgangsstroms. Der induktive Brummstrom (ΔIL) beträgt 30% des Laststroms. Für die meisten Entwürfe kann der Wert der Induktivität mit der folgenden Formel ermittelt werden:

Formel:

Nach der Formel kann der Induktor L 22μH wählen, und der Nennstrom des Induktors beträgt 1A

2.3 Auswahl der Ausgangskapazität

L ist die Ausgangsfilterinduktivität, RESR ist der äquivalente Serienwiderstandswert des Ausgangskondensators, und COUT ist der Wert der Ausgangskapazität. Bei einem Schaltnetzteilmodul erzeugt das Netzteil selbst eine mit der Schaltfrequenz übereinstimmende Leistungswelligkeit, die der Ausgangsleistung stets überlagert ist. Die Ausgangswelligkeit wird auch durch den Innenwiderstand des Ausgangskondensators verursacht, der den Ausgangskondensator ständig lädt und entlädt, und der Ladestrom führt zu einem Spannungsabfall an beiden Enden des RESR des Ausgangskondensators, was eine Ausgangswelligkeit erzeugt. Versuchen Sie daher bei der Auswahl des Ausgangskondensators, den Chip-Keramikkondensator mit kleinerem RESR anstelle des Elektrolytkondensators zu wählen. Es werden auch mehrere Kondensatoren parallel ausgewählt, um die Ausgangsimpedanz zu verringern. Das Ansprechverhalten des Regelkreises ist schneller (COT), die Schaltfrequenz ist höher, oder die Last ändert sich bei Keramikkondensatoren nur wenig.

Es gibt einige Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von Kondensatoren, und bei Keramikkondensatoren wird die Impedanz bei der Schaltfrequenz durch die Kapazität bestimmt. Die Welligkeit der Ausgangsspannung wird hauptsächlich durch die Kapazität verursacht. Der Einfachheit halber kann die Welligkeit der Ausgangsspannung mit der folgenden Formel geschätzt werden:

Nach der Berechnungsformel beträgt die Ausgangskapazität 2*22uF/10V+0,1uF/50V, und die Ausgangswelligkeit beträgt etwa 13mV (Spitze-Spitze-Wert)

3. die Auswahl der Schottky-Diode

Wenn der obere Röhrenschalter ausgeschaltet ist, ist die Ausgangsdiode ein induktiver Strom. Verwenden Sie Schottky-Dioden, um die durch die Durchlassspannung der Diode und die Rückwärtserholung verursachten Verluste zu verringern. Der durchschnittliche Strom, der durch die Diode fließt, kann nach der folgenden Formel geschätzt werden:

Bei der Wahl der Spannung der Schottky-Diode sollte die Durchbruchspannung in Sperrrichtung VR größer als 20% bis 30% der maximalen Eingangsspannung sein, und je höher die Spannung, desto besser, denn der Durchlassspannungsabfall VF der Schottky-Diode ist umso größer, je höher die Spannung ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir in diesem Beispiel die Schottky-Diode SS18 wählen können

4. die Auswahl des Rückkopplungswiderstands

Durch die Auswahl eines Rückkopplungswiderstands bildet der SSP9481 einen geschlossenen Regelkreis, indem er einen externen Rückkopplungswiderstand anschließt und so den Ausgang auf einen bestimmten Ausgangswert stabilisiert. Die Rückkopplungsspannung wird durch die Teilspannung von R1 und R2 erhalten, und der typische Spannungswert von VFB beträgt 0,812 V.

Referenzwiderstand für jede Ausgangsspannung

Verwenden Sie die im Handbuch empfohlenen Widerstandswerte.

5. endgültige schematische Darstellung

6. die Gestaltung des Layouts

(1) Der Vin-Kondensator sollte in der Nähe des Vin-Pins des Chips und der Signalmasse des Chips platziert werden, möglichst in einer Schicht, da der Eingangsstrom diskontinuierlich ist und das durch parasitäre Induktivität verursachte Rauschen den Spannungswiderstand des Chips und der Logikeinheit negativ beeinflusst. Je kleiner die Schleife der Hochfrequenzschleife ist, desto geringer ist die Magnetfeldenergie.

(2) Der FB ist der empfindlichste und am leichtesten zu störende Teil des Chips und die häufigste Ursache für Systeminstabilität:

1. Der FB-Widerstand ist so kurz wie möglich mit dem FB-Pin verbunden, um die Rauschkopplung zu reduzieren.
2. Abseits von Rauschquellen, SW-Punkten (Schaltknoten), Induktivitäten, Dioden (nichtsynchroner Buck).

(3) Die Induktivität muss nicht so nahe am IC platziert werden wie der Eingangskondensator, um das abgestrahlte Rauschen des Schaltknotens zu minimieren. Im Allgemeinen ist es nicht empfehlenswert, Kupfer unter die Induktivität zu legen, da der Wirbelstrom in der Erdungsschicht die Induktivität verringern wird.

(4) Der Ausgangsfilterkondensator liegt so nahe wie möglich an der Spule. Je kleiner die Schleife der Hochfrequenzschleife ist, desto geringer ist die Magnetfeldenergie.

Abbildung 2.2

(5) Der SW-Punkt ist die Rauschquelle, die den Strom sicherstellt, während die Fläche so klein wie möglich gehalten wird, weg von der empfindlichen und leicht zu störenden Stelle. Durch Verkleinerung der Fläche des Knotens und Ersetzen der Induktivität durch ein kleineres Volumen kann die elektrische Feldstärke verringert werden, wie in der Abbildung： dargestellt.

7.Test

Prüfung der Eingangsspannung

Die bei diesem Test verwendeten Geräte sind: Digitales Oszilloskop und Multimeter der Marke Puyuan MSO5204.

Oszilloskop-Welligkeitstest Einstellungen:

Kopplungsmodus: AC-Kopplung,

Bandbreitenbegrenzung: 20M, Stift: X1.

Test mit geschliffenen Federn.

Universalquelle MSO5204 Digitales Oszilloskop

Die folgende Abbildung zeigt das Prüfdiagramm der Ausgangsspannung beim Einschalten. Auf dem Oszilloskop ist zu erkennen, dass die maximale Ausgangsspannung 3,40 V beträgt, die Anstiegsflanke der Ausgangsspannung sanft ist und es kein Klingeln und kein Überschwingen der Spannung gibt.

Einschalttest der Ausgangsspannung

Die folgende Abbildung zeigt die Restwelligkeit der Ausgangsspannung bei einer Eingangsspannung von 40 V und einer Last von 800 mA. Auf dem Oszilloskop ist zu erkennen, dass der Spitze-Spitze-Wert der Welligkeit 14,25 mV beträgt

Tabelle zur Prüfung der Ausgangswelligkeit

Die folgende Abbildung zeigt die Restwelligkeit der Ausgangsspannung bei einer Eingangsspannung von 60 V und einer Last von 800 mA. Auf dem Oszilloskop ist zu erkennen, dass der Spitze-Spitze-Wert der Welligkeit 17,42 mV beträgt

Tabelle zur Prüfung der Ausgangswelligkeit

Aus der tatsächlichen Testwellenform geht hervor, dass die Welligkeitsspitze der Ausgangsspannung dem berechneten Ergebnis sehr nahe kommt.