제품 추천】상하이 시프로인 마이크로일렉트로닉스 SSP9481-DCDC 스텝다운 칩 - - SSP9481을 기반으로 한 BUCK 회로 설계의 전체 프로세스

새로운 SSP9481은 광범위한 입력 전압(4.5V~80V)과 1A 온로드 기능을 갖춘 전력 시스템 설계에 이상적인 고성능 80V, 1A 비동기식 벅 컨버터입니다.

아래에서는 SSP9481 칩을 사용하여 칩의 주요 매개 변수 선택, 회로 설계, 부품 선택 및 성능 최적화를 포함하여 40V ~ 60V 입력, 3.3V 출력, 부하 용량 800mA의 전원 공급 장치 설계 작업을 완료하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.

데이터시트에 따르면 SSP9481의 특성이 파라미터 선택의 요구 사항을 충족한다는 것을 알 수 있습니다.

특징：

• 출력 1A 지속 전류, 1.5A 피크 전류
• 입력 전압 범위: 4.5~80V
• 1Ω 내부 전원 MOSFET
• 480KHz 고정 스위칭 주파수
• 낮은 ESR 세라믹 출력 커패시터로 안정적
• 사이클별 전류 제한 보호
• 열 셧다운 보호
• >92% 효율성
• 1V ~ 0.95×Vin의 출력 조절 가능
• 낮은 셧다운 모드 전류: <1μA
• SOT23-6 패키지

다음은 SSP9481의 일반적인 애플리케이션 다이어그램 (출력 전압은 5V)이며, 구체적인 내용은 입력 부분, 제어 부분, 출력 부분 및 피드백 부분으로 단순화 할 수 있습니다. 입력 부분: 커패시터 C1; 제어 부분: SSP9481 칩 및 부트스트랩 회로 C2; 출력부: 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C3; 피드백: 저항 R1, R2 및 커패시터 C4.

일반적인 애플리케이션 다이어그램

핀 구성:

칩 핀 다이어그램

BST: 부트스트랩 커패시터의 핀 끝으로, 내부적으로 하이 사이드 MOSFET 드라이버 튜브의 양극 전원 단자를 올립니다. 핀과 SW 사이에 부스터 커패시터를 연결합니다.

GND: 접지 핀

FB: 피드백 입력

SW: 스위칭 핀, 스위칭 스파이크를 줄이기 위해 접지 근처에 있는 낮은 VF 쇼트키 다이오드에 연결해야 합니다.

VIN: 전원 공급 핀, 에너지 저장 및 디커플링을 위한 커패시터 연결

EN: 이 핀을 로직 하이로 구동하여 IC를 활성화합니다.

절대 최대 등급

권장 작동 조건

       참고 1: 최대 한도는 작동 범위를 초과할 경우 칩이 손상될 수 있음을 의미합니다. 권장 작동 범위는 장치가 정상적으로 작동하는 범위를 의미하며, 전기 매개변수는 작동 범위 내에서 특정 성능 지표를 보장하는 테스트 조건에서 장치의 DC 및 AC 매개변수에 대한 사양을 정의합니다.

2. 커패시터 선택

2.1 입력 커패시턴스 선택

입력 커패시터의 주요 목적은 에너지를 저장하고 필터링하여 출력에 큰 전류가 필요할 때 외부 전원 공급 모듈이 전원을 공급하지 못하여 출력 전압이 떨어지는 것을 방지하는 것입니다.

입력 커패시터는 전해, 탄탈 또는 세라믹 커패시터를 사용할 수 있으며, 칩 입력 핀 근처에 작은 세라믹 커패시터(0.1μF)를 추가해야 합니다. 세라믹 커패시터를 사용할 때는 입력에 과도한 전압 리플이 발생하지 않도록 커패시턴스 값이 충분한지 확인하세요.

설계 요구 사항에 따라 ILOAD는 출력 전류 0.8A, fs는 스위칭 주파수 480KHZ, C1은 입력 커패시터, Vout은 출력 전압 3.3V, VIN은 입력 전압 40V~60V, 입력 커패시터는 전해, 탄탈 또는 세라믹이 될 수 있습니다. 입력 전압이 높은 경우 핫스왑 전원 공급으로 인한 입력 전압 스파이크를 효과적으로 완화할 수 있는 알루미늄 전해 커패시터를 입력 커패시터로 사용하는 것이 좋습니다. 전해 커패시터를 사용할 때 잠재적 노이즈를 줄이려면 가능한 한 작은 X5R 또는 X7R 세라믹 커패시터를 배치해야 합니다. 예를 들어 0.1uF/100V 칩 세라믹 커패시터는 입력 DC 전압에서 고주파 신호를 필터링합니다.

이 예에서는 입력 커패시터로 47μF/100V+100nF/100V가 사용됩니다.

2.2 인덕턴스 선택

출력 인덕턴스의 주요 기능은 출력 전류와 에너지 저장을 안정화하는 것입니다. 출력 인덕턴스와 출력 커패시턴스로 구성된 LC 필터 회로는 주로 출력 전압을 평활화하여 출력 전압이 안정적인 DC가 되도록 하는 데 사용됩니다. 출력 인덕턴스를 선택할 때는 인덕턴스 값의 크기를 고려하는 것 외에도 인덕턴스가 억제할 수 있는 전류 값도 고려해야 합니다. BUCK 스위치 컨버터의 출력 인덕턴스에 대한 정격 전류는 출력 전류의 1.2배 이상입니다. 인덕티브 리플 전류(ΔIL)는 부하 전류의 30%입니다. 대부분의 설계에서 인덕턴스 값은 공식으로 구할 수 있습니다:

공식:

공식에 따르면 인덕터 L은 22μH를 선택할 수 있으며 인덕터의 정격 전류는 1A입니다.

2.3 출력 커패시턴스 선택

L은 출력 필터 인덕턴스, RESR은 출력 커패시터의 등가 직렬 저항 값, COUT은 출력 커패시턴스 값입니다. 스위칭 전원 공급 모듈의 경우 전원 공급 장치 자체는 스위칭 주파수와 일치하는 전원 리플을 생성하며 항상 전원 출력에 겹쳐집니다. 출력 리플은 또한 출력 커패시터의 내부 저항에 의해 발생하고 출력 커패시터를 지속적으로 충전 및 방전하며 충전 전류는 출력 커패시터의 RESR 양쪽 끝에 전압 강하가 발생하여 출력 리플을 생성합니다. 따라서 출력 커패시터를 선택할 때는 전해 커패시터 대신 RESR이 작은 칩 세라믹 커패시터를 선택하도록 하세요. 출력 임피던스를 줄이기 위해 여러 커패시터를 병렬로 선택하기도 합니다. 제어 루프의 응답이 더 빠르거나(COT), 스위칭 주파수가 더 높거나, 세라믹 커패시터로 부하가 크게 변하지 않는 경우에는 세라믹 커패시터를 사용할 수 있습니다.

커패시터 유형에 따라 약간의 차이가 있으며, 세라믹 커패시터의 경우 스위칭 주파수에서의 임피던스는 커패시턴스에 의해 결정됩니다. 출력 전압 리플은 주로 커패시턴스에 의해 발생하며, 간단히 설명하기 위해 출력 전압 리플은 다음 공식으로 추정할 수 있습니다:

공식 계산에 따르면 출력 커패시턴스는 2*22uF/10V+0.1uF/50V이며, 출력 리플은 약 13mV(피크 대 피크 값)입니다.

3. 쇼트키 다이오드 선택

상단 튜브 스위치가 꺼져 있으면 출력 다이오드는 유도 전류가 됩니다. 쇼트키 다이오드를 사용하여 다이오드 순방향 전도 전압 및 역회복으로 인한 손실을 줄이세요. 다이오드를 통해 흐르는 평균 전류는 다음 공식에 따라 추정할 수 있습니다:

쇼트키 다이오드의 전압을 선택할 때 역항복 전압 VR은 최대 입력 전압의 20% ~ 30%보다 커야 하며, 전압이 높을수록 전압 증가에 따른 쇼트키 다이오드의 순방향 전압 강하 VF가 커집니다.

요약하자면, 이 예제에서는 쇼트키 다이오드 SS18을 선택할 수 있습니다.

4. 피드백 저항 선택

피드백 부품 저항을 선택하면 SSP9481은 외부 피드백 저항을 연결하여 폐쇄 루프 회로를 형성하여 출력을 설정된 출력 값으로 안정화합니다. 피드백 전압은 R1과 R2의 부분 전압을 통해 얻어지며, VFB의 일반적인 전압 값은 0.812V입니다.

각 출력 전압에 대한 기준 저항

매뉴얼에서 권장하는 저항 값을 사용하세요.

5.최종 회로도

6. 레이아웃 디자인

(1) 입력 전류가 불연속적이고 기생 인덕턴스로 인한 노이즈가 칩 및 논리 장치의 전압 저항에 악영향을 미치기 때문에 Vin 커패시터는 칩의 Vin 핀과 칩의 신호 접지 근처에 가능한 한 한 층에 배치해야합니다. 고주파 루프의 루프가 작을수록 자기장 에너지가 작아집니다.

(2) FB는 칩에서 가장 민감하고 쉽게 교란되는 부분이며 시스템 불안정의 가장 흔한 원인입니다:

1. FB 저항은 노이즈 결합을 줄이기 위해 가능한 한 짧게 FB 핀에 연결합니다.
2. 노이즈 소스, SW 포인트(스위칭 노드), 인덕터, 다이오드(비동기식 벅)로부터 멀리 떨어져 있습니다.

(3) 스위칭 노드의 방사 노이즈를 최소화하기 위해 인덕터를 입력 커패시터를 배치하는 것만큼 IC에 가깝게 배치할 필요는 없습니다. 일반적으로 접지층의 와전류로 인해 인덕턴스가 감소하므로 인덕터 아래에 구리를 놓는 것은 권장하지 않습니다.

(4) 출력 필터 커패시터는 가능한 한 인덕터에 가깝게 배치합니다. 고주파 루프의 루프가 작을수록 자기장 에너지가 작아집니다.

그림 2.2

(5) SW 포인트는 노이즈 소스로, 민감하고 쉽게 방해받는 위치에서 멀리 떨어진 면적을 가능한 한 작게 유지하면서 전류를 보장합니다. 그림과 같이 노드의 면적을 줄이고 인덕터를 더 작은 부피로 교체하면 전기장 강도를 줄일 수 있습니다.

7.테스트

입력 전압 테스트

이 테스트에 사용된 장비는 다음과 같습니다: Puyuan 브랜드 MSO5204 디지털 오실로스코프 및 멀티미터.

오실로스코프 리플 테스트 설정:

커플링 모드: AC 커플링,

대역폭 제한: 20M, 펜: X1.

지면 스프링으로 테스트합니다.

범용 소스 MSO5204 디지털 오실로스코프

다음 그림은 출력 전압 전원 켜기 테스트 다이어그램입니다. 오실로스코프에서 최대 출력 전압이 3.40V이고 출력 전압의 상승 에지가 완만하며 링잉 및 전압 오버슈트가 없음을 알 수 있습니다.

출력 전압 전원 켜기 테스트

다음 그림은 입력 전압이 40V이고 부하가 800mA일 때 출력 전압의 리플을 보여줍니다. 오실로스코프에서 리플의 피크 대 피크 값이 14.25mV임을 알 수 있습니다.

출력 리플 테스트 차트

다음 그림은 입력 전압이 60V이고 부하가 800mA일 때 출력 전압의 리플을 보여줍니다. 오실로스코프에서 리플의 피크 대 피크 값이 17.42mV임을 알 수 있습니다.

출력 리플 테스트 차트

실제 테스트 파형에서 출력 전압 리플 피크는 계산된 결과와 매우 유사합니다.