一个大功率的同步降压直流控制器的电路设计
可以实现5V20A100W的输出能力
芯片选型
芯片使用德州仪器(TI)的LM5146,该芯片具有以下特点:
原理图设计
器件选型方面主要是MOS和电感需要注意,尽量满足标案设计的需求,包括耐压,饱和电流,内阻,结温等方面
PCB设计(仅供参考)
实测
实物图
输出5V@20A
纹波&频率
可以观察到频率接近设计值,255k左右
空载纹波240mV
纹波有点大,可能是设计问题,也可能是电容选型问题,因为焊接的时候手头没有设计容值的电容,用的别的容值的电容代替的
满载纹波
在20A的负载下,出现了一个尖峰脉冲,峰峰值630mV左右,原因不明
温度(无外部散热)
由于设计的是CCM模式,并且这个芯片没有低功耗睡眠模式,所以他的空载功耗很高,在无负载的情况下维持了接近3W的空载功耗,并且此时的温度维持在60摄氏度左右
当20A满载的时候,温度会持续上升至200摄氏度以上,主要发热源是两个MOS管,像两个太阳一样,但是整体稳定性尚可,持续测量了至少5分钟以上,没有出现欠压欠流等异常工作情况
焊接的时候使用的是138度低温锡,但是测量的时候忘记了这回事,直到MOS管底部开始咕噜咕噜冒泡才反应过来,赶紧停止测量
总结
24-4-29 续:
由于空载功耗实在太大,所以进行了相关的研究,之前测量的空载功耗为3W,其实并不准确,因为我用的可调电源单通道只能输出30V3A,所以测试的时候采用内部并联方式,双通道并联使输出能力可达到30V6A,但是在这种情况下可调电源本身会产生54mA左右的固定电流消耗,也就是固定存在1.62W的功率消耗,实际芯片自身的空载功耗在1.4W左右
顺便测试了一下DCM模式,DCM模式比CCM模式在轻负载的情况下会有更好的功耗表现,电路设计上需要将SYNCIN引脚悬空或者接地,此时再进行空载测量会发现功耗变得非常低,只有零点几瓦了,芯片的发热也好很多,因此实际使用的时候可以根据情况将芯片设计为DCM模式用于降低轻载功耗
在满载的情况下(5V@20A)可以看到可调电源端的功率为111W左右,减去可调电源固定消耗的1.6W,也就是109.4W,负载端约为99.34W,因此实际效率约为99.34/109.4*100%=90.8%,和电路设计理论计算的94.7%差了4%左右,可以使用低压高流的输入电源,能提高转换效率
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