通常需要哪些規格才能設計 Buck Converter?

shaq

Dear all,

要設計一個  Synchronous Buck Converter(整合 P&N Power MOS）的話，需要哪些規格？

我前幾天 survey 了 Richtek, NSC 其規格的共通點是

1. Vin.min ~ Vin.max
2. Vout.min ~ Vout.max
3. Vout Ripple
4. Iout.max
5. Feedback voltage
6. Quiescent Current
7. Shutdown Supply Current
8. Line/Load regulation (%)

我想問的是，這些規格都有公式以方便給 Matlab 作計算嗎？

mt7344

6 & 7 應該是 design 的技巧!!比較無法使用 matlab 來計算!!
其他部分應該可以!!
或許你可以參考
" Foundamentals of Power Electronics"
這本教科書!!只要能推導出來的!!  就可以使用 matlab 來計算唷!!

finster

第8項要實際從simulation結果才能夠計算出來

另外,如果你是作PWM的Buck DC-DC
那你應該還需要知道幾個重要參數:
你的PWM是用type II還是type III的error amplifier
因為這會決定到你的補償R-C以及OP Amp的Gain和Phase margin

yuchi

請問什麼情況考量下會用type II 或  type III
而他們的 RC值又是要怎樣決定?

finster

type II or type III的error amplifier是針對ESR而衍生出來的補償R-C網路
因為外部的電感和電容及ESR會形成三階的被動元件網路
故而,假若ESR較大的話,通常會使用type II,如果ESR非常小的話,一般而言則會使用type III
基本上不管是type II or type III,基本架構和理論幾乎都是一樣的,只有在Phase補償部份會稍稍有些不同
而決定補償的R-C值,以及OP Amp的Gain和Phase margin,需要從loop來推導起,因為涉及數學公式推導
所以,只好請你自己翻翻教課書囉,書上會寫得很詳細,建議你若要作PWM,那麼error amplifier的數學推導理論一定要自行推一遍,不然有很多地方會一知半解,屆時在作error amplifier的circuit design時會很茫然不知從何著手

shaq

請問板上的朋友，
∵ R1=R2*((Vout/Vfb) -1)
通常 R2 決定了，R1 就決定了 （R2 為Vfb 到地的分壓電阻，R1為Vout 到Vfb之間的分壓電阻）
那麼，我想問的是...
1. Error Amp. 的輸入端 (Vfb) 的分壓電阻的 order 通常都用 Kilo-ohm ，還是 Mega-ohm

2. 分壓電阻用的太大，有什麼壞處或好處嗎？

3. Vfb 的值是自定的嗎？ （我常看到 0.6~0.8v 這個 range）

4. Error Amp. 的 Gain 是不是要很大，但 SR 不用很高？ 為什麼 SR 不重要呢？

麻煩各位板友了...謝謝。

[ 本帖最後由 shaq 於 2007-10-23 10:32 PM 編輯 ]

monkeybad

1.2 我知道的是分壓電阻大應該沒關係 但是太小會有問題 會把IOUT電流抽走造成浪費

3. Vfb我看到一般好像都是跟bandgap電壓做比較 好像有的都會定1.23V左右吧
   當然也可以自己定 看你IC內部產生的參考電壓值要定多少

4. gain大一點應該是比較好 這樣Vout電壓值比較準確
   SR跟誤差放大器的pole也有關 應該是不重要吧 誤差放大器不需要很快的OP

這是我知道的 希望對你有些幫助 有不足的其他人麻煩補充吧!

finster

來補充回答一下

分壓電阻的大小其實對整個電路並沒有太大影響,只不過分壓電阻的電流大小卻對其效率有影響
照效率最簡化的算法,它是(輸出電壓*輸出電流)/(輸入電壓*輸入電流),所以,分壓電阻電流在負載電流較小時會很明顯且直接地影響到效率,因為分壓電流的電流並不屬於輸出電流的一部份,故而,分壓電阻通常不會太小

Vfb值通常看設計者如何設計,在0.6V~0.8V是最常見的,這是因為Vfb要跟分壓後的bandgap voltage電壓比
理由乃是bandgap voltage是不易受到工作電壓變化,溫度變化影響的穩定電壓,且bandgap voltage大約在1.21V或者1.25V左右,所以,一般都是用bandgap voltage作為Vfb的比較電壓,而會取0.6V ~ 0.8V乃是應用層面的問題,如果Vfb是1.25V的話,那表示輸出電壓一定要比1.25V來得高,所以有些應用電路或者工作電壓是1.2V或者1.3V的都無法使用,如此一來較低電壓的應用便限制住而無法使用

youngvate

原帖由 finster 於 2007-10-24 09:30 AM 發表
來補充回答一下

分壓電阻的大小其實對整個電路並沒有太大影響,只不過分壓電阻的電流大小卻對其效率有影響
照效率最簡化的算法,它是(輸出電壓*輸出電流)/(輸入電壓*輸入電流),所以,分壓電阻電流在負載電流較小時會 ...

前輩,請問你,在DC-DC booster的架構上,回授這點的電壓希望定在0.2V這會不會容易有ground noise的干擾問題?有人訂這樣的條件嗎?小弟參考很多DC-DC PWM Booster的spec. 發現它們都訂在1.2V左右,請問這有什麼考量嗎?

andywu

1.能吃的負載能多大
2.工作的頻率範圍
3.最重要的效率也要考慮唷!
不然不到80%以上的轉換器
是和LDO沒什麼兩樣的喔

finster

原帖由 youngvate 於 2008-1-15 04:28 PM 發表


前輩,請問你,在DC-DC booster的架構上,回授這點的電壓希望定在0.2V這會不會容易有ground noise的干擾問題?有人訂這樣的條件嗎?小弟參考很多DC-DC PWM Booster的spec. 發現它們都訂在1.2V左右,請問這有什麼考量嗎 ...

不太建議你把feedback voltage定的這麼低,因為這個樣子後級的error amplifier的設計上會很難設計
如果本身你並沒有應用在1.2V以上的情況,可以定為1.2V,如果有可能是1.2V以下,那就定0.6V~0.8V
而會定1.2V左右,那是因為在chip內部我們會有一個bandgap reference circuit,而它的輸出電壓會約在1.2V左右,故而一般我們都是用bandgap voltage作為和feedback voltage的比較電壓

youngvate

原帖由 finster 於 2008-1-16 03:30 PM 發表



不太建議你把feedback voltage定的這麼低,因為這個樣子後級的error amplifier的設計上會很難設計
如果本身你並沒有應用在1.2V以上的情況,可以定為1.2V,如果有可能是1.2V以下,那就定0.6V~0.8V
而會定1.2V左右 ...

前輩,謝謝你的回答,由於我使用的是low voltage BGR路,所以1.2V對我的電路而言不再是唯一天然而成,關於前輩你提的Vfb太低,會影響到Error amp.設計的困難,小弟不太懂,請明示,因為我目前了解,如果Vfb用0.6~0.8V,但在Vdd=1.2V時,我如果用p-channel會有問題,如果真如前輩所說,那booster for LED driver的應用,不就不應該用這麼低,小弟很想了解,為何一般DC-DC booster的應用Vfb定那麼高是不是有系統的考量?

Thanks again!

finster

原帖由 youngvate 於 2008-1-16 04:07 PM 發表


前輩,謝謝你的回答,由於我使用的是low voltage BGR路,所以1.2V對我的電路而言不再是唯一天然而成,關於前輩你提的Vfb太低,會影響到Error amp.設計的困難,小弟不太懂,請明示,因為我目前了解,如果Vfb用0.6~0.8V,但在 ...

Vfb設在1.2V確實是因為bandgap circuit的考量,並沒有其他系統上的考量
若真的有的話,那應該和soft-start和under-voltage lock-out會有一些小小的關連,但這兩點都可以由其他電路設計避掉,因為有時候我們會拿Vfb來當作soft-start或者under-voltage lock-out的判斷電壓,而如果有其他考量,設計上也可以替換成其他方式來達成
另外,設計上絕大部份都還是以bandgap為1.2V作為標準,至於low voltage bandgap原本是為了low voltage ADC而衍生出來的設計,若你用在DC-DC,也可以
最後,我沒有想到你的vdd只有1.2V,若是這種情況的,那Vfb應該設在0.4V~0.6V左右(個人建議),我不知道你的error amplifier是用那一種架構,若是用two-stage的p-type OP Amp,那在Vfb為0.2V時會壓縮到NMOS的工作電壓範圍,如此一來反而會增加設計上的難度

yutian

To finster:
對于Buck converter，under-voltage lock-out設計時應該注意點什么？能否給推薦點paper？

shmily178

原帖由 finster 於 2007-10-24 09:30 AM 發表
來補充回答一下

分壓電阻的大小其實對整個電路並沒有太大影響,只不過分壓電阻的電流大小卻對其效率有影響
照效率最簡化的算法,它是(輸出電壓*輸出電流)/(輸入電壓*輸入電流),所以,分壓電阻電流在負載電流較小時會 ...

请教一下，那这样是不是分压电阻越大越好呢？或者分压电阻R1/R2 成比例的扩大，应该分流会很小。
麻烦谈一下分压电阻的选取原则。
谢谢

Frank_wu

請教板上的朋友:
外接的L and C選擇有沒有規則可循呢??例如:Output Voltage Ripple or Output Loading..等等

ckter

不妨參考國外類比晶片製造商Intersil的datasheet及application note應可有所幫助。

moda710915

1.輸入大於輸出
2.電流要夠大才須同部整流

Zuman

error amp 的SR真的没有特别的要求吗？那么是否说整个feedback regulation过程中一般不会出现error amp的saturated呢？