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工程师原创文章 · 技术经验分享 · 项目案例解析

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基础知识：同步Buck降压变换器输入电容电流的有效值计算

选取同步Buck降压变换器输入电容时，要根据其电流波形，计算有效值的电流。当上管开通时，下管关断；上管关断时，下管导通续流，其电流的通路分别如图1、图2所示。图1：上管开通时电流的通路图2：上管关断时电流的通路 如果规定输入电容的参考电流向上也就是放电的方向为正方向，那么，上管开通时：ITH=IIN+ICIN其中，ITH为上管的电流，IIN为输入...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

基础知识：连续模式PFC功率MOSFET电流有效值、平均值计算

中大功率的ACDC电源都会采用有源功率因数校正PFC电路来提高其功率因数，减少对电网的干扰。在PFC电路中，常用的结构是BOOST电路，功率MOSFET工作在开关状态，将输入的电流斩波为和输入正弦波电压同相位的、具有正弦波包络线的开关电流波形，从而提高输入的功率因数，减小输入谐波分量。有源功率因数校正PFC电路具有二种工作的模式：连续导通模式CCM和非连续...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

基础知识：非连续模式PFC功率MOSFET电流有效值的计算

有源功率因数校正PFC电路，在非连续导通模式DCM工作时，输入电感的电流波形如图1所示。可以看到，在每个开关周期结束的时候，输入电感的电流降到0，这样，在下一个开关周期开始、功率MOSFET导通时，输入电感的电流就会从0开始激磁，随时间线性增加，这种导通模式称为：非连续导通模式、DCM模式。图1:非连续导通模式PFC电路输入电感电流波形在非连续导通模式DC...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

无人机电池管理充放电MOSFET的选择

1、前言无人机锂离子电池的容量非常大，高达6000mAh，以满足更长的飞机时间的需求。电池包的内部通常和输出的负载之间要串联功率MOSFET，同时使用专用的IC控制MOSFET的开关，从而对充、放电进行管理。在实际应用中，正常的情况下功率MOSFET的工作没有问题。但是在一些极端情况下，比如无人机在飞行过程中遇到碰撞时，电池就会流过非常大的电流，IC检测到...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

同步BUCK降压变换器源极寄生电感对开关性能影响

同步BUCK降压变化器是非常经典的一种电源结构，其上、下管分别于工作在不同的状态，其中，上管工作在主开关状态，漏极的电流由漏极D流向源极S；下管工作在同步整流状态，漏极的电流由源极S流向漏极D。因为上、下管工作的状态不同，所以，它们的开关特性也不相同。通常，上管为硬开关工作状态，具有导通损耗和开关损耗；下管为软开关工作状态，只有导通损耗，但是由于下管的寄生...
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同步BUCK降压变换器上管开关速度的优化方法

同步BUCK降压变化器是应用非常广泛的一种电源结构，其工作频率由早期的低于100KHz，提高到200KHz、300KHz、350KHz、500KHz、1MHz，甚至更高，工作频率的提高带来的好处是电源系统的体积降低，但是，缺点就是开关损耗会增加。功率MOSFET在进一步减小导通电阻、降低导通损耗的同时，也要降低相应的寄生电容值，以降低开关损耗。开关电源系统...
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BUCK变换器在负压输出系统中的应用

1、前言在常见的电源中，经常使用的电压多为正电压，正电压也很容易理解，以大地为参考地，即为0V 电压，比0V电压高的电压都是正电压，如图1所示。由图1和图2 可以看出，这是一个很常见的降压电路，输入和输出都为正电压。(a) 正输入正输出电路 (b) 工作波形图1：正输入正输出电压的电路及波形 但是在笔记本电源和通信电源中，越来越多的开始用...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

BUCK变换器输出电感的选择步骤

BUCK变换器输出电感的选择步骤如下。 1、初步计算电感值 BUCK变换器通常利用下面的二个公式来选择电感：输入电压Vin有一定的波动范围，Vin在最大值、也就是占空比D最小时，电感的电流纹波最大，为最恶劣的情况。在这个条件下，上管关断时间toff(max)、也就是下管开通时间最大。其中，Ts为开关频率。通常，设定电感的电流纹波系数r，...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

测量电感、变压器的饱和电流的方法

在许多文章里面，经常反反复复的强调：不管是ACDC变换器，还是DCDC变换器，都要校核变压器或电感的饱和电流，其饱和电流必须大于系统设定的OCP电流，并保证足够的余量。电感的厂家数据表通常会给出其产品的饱和电流，而ACDC的变压器，例如反激变换器变压器，基本上都是工程师自己设计的，设计过程中，基于圆整的初级匝数或电感，然后调整电感磁芯的气隙大小，很少校核变...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

BUCK变换器的PCB布局及设计

 1、BUCK变换器关键回路和关键节点不管是什么类型的变换器，PCB布局设计的关键就是要找到电路系统的关键回路和关键节点，那么什么是电路系统的关键回路和关键节点？通常，电流变化率di/dt大的环路以及电压变化率dV/dt大的节点，就是关键回路和关键节点，在PCB布局设计的时候，要优先考虑和布局。 BUCK变换器上管开通以及关断时，各环路...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

功率因素校正电路旁路二极管的作用

发表于: 电子产品世界杂志，2021.3(28)：74-77公众号链接，点击: 寻根究底，PFC电路旁路二极管作用及MOSFET常见失效模式万方数据库，查看下方链接，或：点击文章底部左边“阅读原文”：https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/dzcpsj202103028摘要： 本文总结了...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

三步法：计算BUCK变换器的反馈电阻

BUCK变换器峰值电流模式的反馈补偿元件为Rc、Cc和Cp，在反馈设计时计算Rc，电源芯片IC的数据表中，经常看到下面的公式：其中，Co：输出电容fc：穿越频率，也就是系统的带宽Gm：电压误差放大器的跨导Gcs：功率级的检测电流跨导Vo：输出电压VFB：电压误差放大器的参考电压 图1：峰值电流模式的原理图但是，电源芯片IC的数据表中，通常都没有给...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

低压差线性电压调节器LDO的纹波抑制比

低压差线性电压调节器LDO以及其他线性电压调节器的电源芯片，内部的反馈环采用电压误差放大器调节系统外部输入电压和输出电流的变化，从而保证输出电压的稳定。电压误差放大器都有一定的工作频段和直流增益的限制，如果频率升高，电压误差放大器的工作特性就会恶化，从而影响系统输出的噪声和纹波。 在一些LDO电源芯片的数据表中，有二个参数表征其特性：（1）输出噪...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

同步BUCK降压变换器开关节点负压尖峰及影响

同步BUCK降压变化器开关节点SW的电压波形VSW如图1所示，Vin=19V，Vo=1V，fsw=900k，L=250nH，在保证测量方法正确的前提下，可以发现，开关节点的电压VSW的下降沿，会出现负压尖峰，图1中的负压尖峰为-6.9V。 图1：同步BUCK变化器工作波形 功率MOSFET包含PCB布线或铺铜的寄生电感的参数模型如图2所...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

电池充放电管理PCM保护板功率MOSFET应用（1）

 0、前言锂离子电池包的内部，电芯和输出负载之间要串联功率MOSFET，使用专用的IC控制MOSFET的开关，从而对电芯的充、放电进行管理，如图1所示。在消费电子系统中，如手机电池包，笔记本电脑电池包等，带有控制IC、功率MOSFETFE管以及其他电子元件的电路系统称为电池充放电保护板Protection Circuit Module （PCM）...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

电池充放电管理PCM保护板功率MOSFET应用（2）

 4、PCM功率MOSFET的性能要求离子电池的容量从早期的600mAh、1000mAh到现在，高达6000mAh、10000mAh，为了实现更快的充电速度，降低充电时间，通常采用提高电流、使用大电流充电的快充技术，那么，大电流充电，对电池包内的功率MOSFET就提出了更高的技术要求；另外，大容量锂离子电池在生产线和使用过程中，还有一些特定的技术...
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2020年全球功率MOSFET和IGBT供应商营业额及排名

2020年，功率MOSFET和IGBT产能非常紧缺，交货周期依然非常长。下游需求旺盛，功率MOSFET和IGBT原厂和晶圆代工厂多次上调价格，由于受到产能的限制，功率MOSFET和IGBT的市场供给仍然处于非常紧张的状态，这种状况一直持续到2021年。OMDIA、Yole及其他的一些全球著名市场研究机构，在其年度市场调研报告中，列出了功率MOSFET和IG...
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回复最近一些工程师朋友留言询问看不到以前文章的问题

最近一些工程师朋友和读者留言询问，说微信公众号里面看不到以往的文章，作者检查后发现主要问题是：微信公众号主页面下方的菜单（图1中最下方红色方框部分），点击菜单后，对应的链接出现了问题，出现“该内容已被发布者删除”的提示，如图4所示，估计最近微信公众号更新系统是导致这个问题的原因。其实，微信公众号里面的技术文章都还在，这个提示删除的只是菜单对应的链接。在微信...
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理解IGBT的连续集电极电流IC

IGBT数据表中连续集电极电流IC，也称为直流集电极电流，先对比一下二家不同公司的额定电流相同的IGBT产品（10A/600V）的数据表，可以看到标称的连续集电极电流IC的差异。厂家1：厂家2：在数据表中，25℃和100℃时，二个标称相同额定电流的IGBT，IC并不相同。那么，IGBT的数据表中，最大的连续集电极电流IC，到底如何定义呢？数据表中IGBT的最...
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SiC MOSFET结构及特性

SiC功率MOSFET内部晶胞单元的结构，主要有二种：平面结构和沟槽结构。平面SiC MOSFET的结构，如图1所示。这种结构的特点是工艺简单，单元的一致性较好，雪崩能量比较高。但是，这种结构的中间，N区夹在两个P区域之间，当电流被限制在靠近P体区域的狭窄的N区中流过时，将产生JFET效应，从而增加通态电阻；同时，这种结构的寄生电容也较大。图1：平面SiC...
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2020年全球IGBT模块供应商营业额及排名

2020年全球IGBT模块主要供应商中，排名前10的供应商分别为：Infineon， Fuji Electric，Mitsubishi，Semikron，Vincotech，Starpower，Hitachi，Danfoss，Hitachi ABB PGS和Bosch。2020年全球IGBT模块供应商营业额及排名（不包括IPM和分立IGBT）IGBT&nb...
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2020年全球分立IGBT器件供应商营业额及排名

2020年全球分立IGBT器件主要供应商中，排名前10的分别为：Infineon，Fuji Electric，Mitsubishi，ON，Toshiba，ST，Littlefuse，Renesas Electronics，MagnaChip，Hangzhou Silan。2020年全球分立IGBT器件供应商营业额及排名IGBT市场分为三部分：分立IGBT器...
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怀旧经典：UC3842的内部结构和工作原理

 UC3842，TL494、SG3525是非常经典的三款PWM控制芯片，特别是作为经典的峰值电流模式单端PWM控制器UC3842，早期一批做开关电源的工程师都是从这一款芯片起步，从此踏入了开关电源的这个行业。UC3842最早是Unitrode公司的产品，其开发了一系列的UC384X产品，TI收购了Unitrode公司，沿用了原来产品选号。后来，其他...
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几种常见的沟槽结构SiC MOSFET类型

SiC MOSFET沟槽结构将栅极埋入基体中形成垂直沟道，尽管其工艺复杂，单元一致性比平面结构差。但是，沟槽结构可以增加单元密度，没有JFET效应，寄生电容更小，开关速度快，开关损耗非常低；而且，通过选取合适沟道晶面以及优化设计的结构，可以实现最佳的沟道迁移率，明显降低导通电阻，因此，新一代SiC MOSFET主要研究和采用这种结构。这种结构栅极沟槽底部氧...
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峰值电流模式次谐波震荡及斜坡补偿

题记：此文为修改后重发，原文出现一些错误，谢谢工程师朋友的发现，对此造成误解深表歉意。峰值电流模式控制方式在占空比大于50%的时候，系统容易进入不稳定的工作状态：次谐波震荡，就是功率器件的开关波形发生宽脉冲和窄脉冲交替出现的状态，特别是在电感较小情况下，这种现象更容易发生。次谐波震荡导致输出电压纹波突然增加，系统的动态响应变差。 1、次谐波震荡产...
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VRM多相BUCK变换器功率级技术演进及DrMOS特点

同步BUCK降压变换器的基本结构包括PWM控制器、主开关管（上管，功率MOSFET）和续流管（下管，功率MOSFET）、以及输出电感和滤波电容。通常，PWM控制器内部带有直接驱动功率MOSFET的输出图腾柱，从而简化系统设计，如图1所示。 输出负载电流较小时，将2个功率MOSFET集成到IC内部，进一步简化系统设计，降低系统体积，减小占用PCB面...
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功率器件结温和壳顶温度的差异

前言 开关电源、电机驱动以及一些电力电子变换器通常会使用功率器件，在设计过程中要测量功率MOSFET或IGBT结温，保证其在合理安全的工作范围，因为功率器件结温与其安全性、可靠性直接相关。测量功率器件结温通常有2种方法：热电偶和红外热成像测温仪。使用热电偶测量温度，为了提高测量精度，需要进行精确的温度补偿和校准，热电偶本身要用特定粘胶固定在测量器件...
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峰值电流模式的过流保护：逐个脉冲限流

基于传统UC3842的峰值电流模式电源变换器，当电流检测电阻的电压达到内部设定的1V，脉宽调制器就立刻关断主开关管的驱动信号，形成逐个脉冲限流功能（Cycle by Cycle Current Limit），限制系统的最大的输出电流，提高系统的可靠性，这也是峰值电流控制固有的特性。 图1  UC3842内部功能结构图 主开关管...
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峰值电流模式的过流保护：频率折返保护

峰值电流模式的工作原理就是外环输出电压的反馈信号，作为内环电流信号的给定，送到PWM比较器的输入端，每个开关周期，峰值电流信号RS*IS从初始值增加到等于（顶到）输出电压的反馈信号值VCOMP，主开关管关断，从而调节系统的占空比，在输入电压和输出电流变化时，维持输出电压的稳定，如图1所示。图1  峰值电流模式控制器AOZ1284例如，BUCK变化...
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峰值电流模式的过流保护：Hiccup打嗝工作模式

输出短路时，逐个脉冲限流功能无法提供有效的过流保护的最主要的原因在于：输出电压非常低，电感去磁电流变化率di/dt非常小，导致下一个开关周期开始时电感激磁的起始电流不断增加，电感电流也不断增加，极端情况下，电感有可能会饱和。同时，系统每个开关周期，主开关管都必须导通的一个最小的时间，即LEB时间，电感的激磁电流在这个时间段，会一直保持上升而不受控。特别是电...
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