电源设计说明:模拟转换器

电源设计说明:模拟转换器,第1张

在本教程中,我们将使用 ADI 公司生产的稳压器进行仿真。使用的主要电子软件是 LTspice,这是一种高性能 SPICE 仿真软件、原理图捕获和波形查看器,具有增强功能和模型,可简化模拟电路的仿真。

AD I 的模型

LTspice 允许用户在设备库中使用 LTspice 附带的数千种设备模型;ADI 公司的部件号以“AD”开头,而凌力尔特的部件号以“LT”开头。在接下来的模拟中,我们将使用 LT3959 转换器。它是一种宽输入范围、电流模式 DC/DC 控制器,能够从单个反馈引脚调节正或负输出电压。它可以配置为升压、SEPIC 或反相转换器。它具有一个内部低侧 N 沟道 MOSFET,额定电流为 6A,电压为 40V,由 VIN 或 DRIVE 提供的内部稳压电源驱动。LT3959 的工作频率可以通过一个外部电阻器设置在 100kHz 至 1MHz 的范围内,或者可以使用 SYNC 引脚同步到一个外部时钟。在图 1 中,

电源设计说明:模拟转换器,poYBAGHFTxaAHhF_AAB6kTB2pxY605.jpg,第2张

图 1:LT3959 转换器的典型应用

在方案中,我们可以看到以下元素,基于使用的组件:

输入电压:3.3V

输出电压:12V

负载:12Ω

第一个模拟(图 2)涉及输入电压(V IN,黄色)和输出电压(V OUT,绿色)的图表。输出电压在大约 4 ms 后达到 12 V。

电源设计说明:模拟转换器,poYBAGHFTyGABcrxAABYQ71XlEA972.png,第3张

图 2:输入和输出电压

引脚上的电压

执行 20 ms 瞬态仿真并观察到 ​​LT3959 转换器各个引脚的信号很有趣(见图 3 中的图表)。

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图 3:LT3959 转换器引脚上的电压

在电路的各个点观察到以下信号:

V(out) 在引脚驱动(白色信号)

V(in) 在 V IN引脚(黄色信号)

V(n006) 引脚 SS(绿色信号)

V(n008) 在 Rt 引脚(红色信号)

V(n009) 在 Vc 引脚(青色信号)

v(n007) 在 FBX 引脚(粉红色信号)

电路效率

电路效率的计算始终是至关重要且极其重要的一点,尤其是在电源和转换器方面。在电路工作条件下(V IN = 3.3 V,V OUT = 12 V,负载 = 12 Ω,I OUT = 1 A),效率约为 90.659%,使用公式计算:

电源设计说明:模拟转换器,poYBAGHFTzmAIUhrAAApt94bOpM857.jpg,第5张

集成电路消耗的功率仅为 668 mW,使用此运算计算:

V(N009)*Ix(U1:Vc)+
V(N007)*Ix(U1:FBX)+
V(N006)*Ix(U1:SS)+
V(N008)*Ix(U1:Rt)+
V( N001)*Ix(U1:SW)+
V(N004)*Ix(U1:Pgood)+
V(N005)*Ix(U1:GNDK)+
V(N003)*Ix(U1:INTVcc)+
V(OUT) *Ix(U1:Drive)+
V(IN)*Ix(U1:Vin)+
V(N002)*Ix(U1:EN/UVLO)

开关电压

让我们根据开关电压从动态的角度来检查电路。首先,让我们看看图 4 中 LT3959 转换器的 SW 引脚上产生的图形。这是位于集成电路 SW 引脚上的电气节点,连接到二极管 D1 的阳极和电感器 L1 . 在这种情况下,在 SW 引脚上,我们发现频率约为 300 kHz 且周期约为 3.3 µs 的矩形脉冲。

电源设计说明:模拟转换器,poYBAGHFT0WAYQGmAAB8EqciO9A274.png,第6张

图 4:SW 引脚上的开关信号

这个转换器很有趣。现在让我们看看图 5中的模拟信号。引脚 PGOOD 是一个输出就绪状态引脚。当 INTVCC 大于 2.7 V 且 FBX 电压在稳压电压的 5%(如果 VFBX = 1.6 V 时为 80 mV,如果 VFBX = –0.8 V 时为 40 mV)以内时,PGOOD 上的集电极开路下拉断言。

电源设计说明:模拟转换器,pYYBAGHFT1CAP3c3AADaP6l771s385.png,第7张

图 5:引脚 PGood 上的信号

最大电流

在图 6 中,我们可以通过改变负载来观察输出电压的曲线图。如您所见,电压保持稳定在 12 V,9 Ω、10 Ω、11 Ω 和 12 Ω 的负载分别对应于 1.3 A、1.2 A、1.09 A 和 1 A 的电流。对于较低的阻抗,电压明显降低并使集成电路承受压力。

电源设计说明:模拟转换器,pYYBAGHFT1qAF4kUAAFExtiSCfA082.png,第8张

图 6:不同负载下的输出电压分析



审核编辑:刘清

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