F33K系列產品是一種高效率、低紋波、工作頻率高的PFM模式的升壓 DC-DC 變換器。
F33K工作原理:
F33K是一款 BOOST 結構、升壓型PFM 控制模式的 DC-DC 變換器。芯片內部包括輸出電壓反饋和修正網絡、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、PFM 控制電路、過流保護電路以及功率管等。
F33K所需的外部元件非常少,只需要一個電感、一個肖特基二極管和輸入輸出電容就可以提供 2.5V~5.0V 的穩定的低噪聲輸出電壓。PFM 控制電路是
F33K 的核心,該模塊根據其他模塊傳遞的輸入電壓信號、負載信號以及電流信號來控制功率管的開關,從而達到控制電路恒壓輸出的作用。在 PFM 控制系統中,固定震蕩頻率和脈寬,穩定的輸出電壓是根據輸入-輸出電壓比例以及負載情況通過削脈沖來調節在單位時間內功率管的導通時間來實現的。
震蕩電路提供基準震蕩頻率和固定的脈寬。
參考電壓電路提供穩定的參考電平。
并且由于采用內部的修正技術,保證了輸出電壓精度達到±2.5%,同時由于參考電壓經過精心的溫度補償設計考慮,使得芯片輸出電壓的溫度系數小于 100ppm/ oPPPPC。
高增益的誤差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負載電流情況下穩定的輸出電壓。
BOOST 結構 DC-DC 轉換器的功率損耗主要是電感的寄生串聯電阻、肖特基二極管的正向導通壓降、功率管的導通電阻以及控制功率管信號的驅動能力這四個方面,當然芯片本身消耗的靜態功耗在低負載的情況下也會影響轉換效率。
為了獲得較高的轉換效率,除了用戶選擇合適的電感、肖特基二極管和電容外,芯片內部的功率管導通電阻也要非常小。
功率管也要求由驅動能力很強的驅動電路驅動,保證功率管開關時的上升沿和下降沿很陡,從而大大減小了開關狀態時的功率損耗。
F33K如上所述,電感、肖特基二極管會很大程度地影響轉換效率, 電容和電感會影響輸出的紋波。選擇合適的電感、電容和肖特基二極管可以獲得高轉換效率、低紋波、低噪聲。在討論之前,定義:- OUT INOUTV VDV=
(1)電感選擇電感值有以下幾個方面需要考慮:首先是需要保證能夠使得BOOST DC-DC在連續電流模式能夠正常工作需要的最小電感值 L MIN :( )21 -2LMIND D RLf≥
(2)該公式是在連續電流模式,忽略其他諸如寄生電阻、二極管的導通壓降的情況下推導出的,實際的值還要大一些。其次,考慮到通過電感的電流紋波問題,在連續電流模式下忽略寄生參數,當電感值過小時,會造成電感上的電流紋波過大,造成通過電感、肖特基二極管和芯片中的功率管的最大電流過大。
由于功率管不是理想的,所以在特別大的電流時在功率管上的功率損耗會加大, 導致整個DC- DC 電路的轉換效率降低。
第三,一般來說,不考慮效率問題,小電感的負載能力強于大電感。但是由于在相同負載條件下,大電感的電流紋波和最大的電流值相對較小,所以大電感可以使得電路在更低的輸入電壓下啟動。
(以上均是在相同的寄生電阻條件下推導出的結論)F33K的工作頻率高達 300KHz,目的是為了能夠減小外部電感尺寸,F33K只需要 4.7uH 以上的電感就可以保證正常工作, 但是輸出端如果需要輸出大電流負
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