關(guān)于轉(zhuǎn)換器設(shè)計與IC額定負載能力的區(qū)別和應(yīng)用

人在什么情形下才會做分享呢？首先是心中要有東西，然后需要這顆心是打開的，還要有值得分享的對象以及方便的時間和場合，缺了其中的任一點，分享就無法進行。我們的微信平臺就是一個很好的場所，歡迎大家常常來利用，我在這里等大家。如果你來的時候恰好我不在，我也會在返回以后盡快回復(fù)。

上周就有這樣一個案例，一位朋友在使用RT6224A完成5V轉(zhuǎn)4V的應(yīng)用時遇到了負載能力達不到器件能力的問題，他通過微信平臺與我們聯(lián)絡(luò)，我在詢問了各方面的狀況以后給了他一些建議，雖然最后仍因設(shè)計上的不足不能達到器件的最大能力，但已經(jīng)能滿足他現(xiàn)在的實際需要了。如果你在工作中也遇到了類似的問題，你也可以像這位朋友一樣來利用我們，我們對這樣的利用是很開心的，因為這說明我們是有利用價值的。下面我就以此案為例為你分享一些設(shè)計中需要注意的問題，希望能對你的工作和學(xué)習(xí)有所幫助。

要好好利用規(guī)格書

如果不是因為這位朋友提問，我可能永遠不知道RT6224A是一款輸入電壓范圍為4.3V-18V、負載能力3A、最大占空比為90%的ACOT架構(gòu)Buck轉(zhuǎn)換器，但是一旦查閱資料知道這些信息，我們就知道用它實現(xiàn)5V轉(zhuǎn)4V、最大負載為2.5A的應(yīng)用是可行的。如果還處在選型階段，我們在這個時候可能要關(guān)心的重點就是它具有什么樣的保護特性、是否支持輕載高效的工作模式以及是否可控等等。

電源器件的規(guī)格書通常都會給出電路參考設(shè)計圖，有時還會給出不同工作條件下的元件參數(shù)，RT6224A所給出來的這些資料是這樣的：

在本案中，輸出電壓為4V，上述表格中沒有給出與之對應(yīng)的參數(shù)建議，但我們可以將3.3V和5V輸出兩種情況下的參數(shù)做一個折中后進行選擇。

按照通常的設(shè)計方法，我們可能會按照工作條件進行參數(shù)的計算，這時候會預(yù)先定義一個電感電流紋波指標，然后再據(jù)此計算出電感量，RT6224A的規(guī)格書也給出了這部分內(nèi)容，我們的朋友由此方法得到的電感量是2.2μH，這比推薦的參數(shù)要小很多。比較小的電感量所帶來的問題，首先是電感電流紋波會較大，電流的峰值較高，相應(yīng)的電感發(fā)熱會加重，既降低效率又容易飽和，飽和又會直接加大電感電流紋波，甚至可能直接損壞電感和IC；其次是輸出電壓紋波會變大，對負載沒有好處；影響反饋回路的穩(wěn)定性；可能直接觸發(fā)IC的過流保護機制，從而進入過流保護狀態(tài)。

上圖表格下方的注解是需要注意的，它在強調(diào)電容的有效值，它會隨著直流偏置的變化而變化。本案中的輸出電壓為4V，這對電容量的影響也不會小。電容量的變化與交流偏置也直接有關(guān)，讀者可在我們的歷史消息里查看相關(guān)的內(nèi)容。

在本案中，我們的朋友在將電感換為4.7μH的以后，電流負載能力從原來的1.5A左右提高到了2.5A左右，雖然沒有達到器件額定能力，但已經(jīng)能滿足應(yīng)用的需要了。

規(guī)格書的應(yīng)用說明部分是很重要的，使用者應(yīng)當(dāng)認真閱讀。在RT6224A規(guī)格書的應(yīng)用說明部分就給出了所有電路參數(shù)的計算方法，另外還給出來了其他的一些指引，如建議在輸入電壓低于5.5V時增加額外的自舉電容充電電路：

實際上，像這樣的電路在輸入電壓比較低、占空比比較低時都應(yīng)該加入，我覺得尤以占空比較高時為重要。在本案中，輸入電壓只有5V，占空比高達90%，加入這樣的電路就更有必要了。自舉電容的作用是為上橋驅(qū)動器供電并在上橋開關(guān)打開時將上橋驅(qū)動器的電壓隨開關(guān)節(jié)點電壓的提升而同步提升，使上橋能夠持續(xù)處于導(dǎo)通狀態(tài)，如果其儲能不足，開關(guān)的導(dǎo)通程度就會受影響，從而導(dǎo)致電路效率的下降。由于自舉電容只能在下橋?qū)ǖ臅r間段里才會被充電，所以占空比對充電時間、效果的影響是很大的。

一款器件如果很特別，那些特別之處通常也會在應(yīng)用說明部分進行說明，讀者一定要對此部分加以特別的關(guān)注，把能夠預(yù)防的問題提前考慮到。

要在PCB設(shè)計上下功夫

在本案中，即使已經(jīng)按照建議參數(shù)選擇了器件，外加的自舉電容充電電路也加上了，還增加了前饋電容，IC的負載能力仍舊不能達成額定指標，PCB設(shè)計上的限制很明顯。

上圖是本案實際的PCB設(shè)計圖照片，其中存在幾個問題：

1，輸入、輸出電容之間的GND和黑框處的IC的GND端沒有形成有效的短而粗的連接，我甚至看不出來它們之間是如何連接的，那么實際工作中的電流回路就是混亂的，IC的工作會受到大量不當(dāng)信號的干擾，EMI問題不能得到有效解決。好在這只是一個系統(tǒng)驗證板，只要能工作，目的就可以實現(xiàn)了，正常的設(shè)計可不能這樣玩。

2，反饋信號的取樣點位于電感上，它所取得的信號未經(jīng)輸出電容濾波，因而存在嚴重的紋波干擾，控制回路很難正常工作。正常的取樣點應(yīng)該位于輸出電容上靠近負載一側(cè)，本圖中應(yīng)位于紅色Vout字串上方。

3，注明為SW的開關(guān)節(jié)點面積過大，這里由于處于輸入電壓和GND電壓的交替變換中，過大的面積很容易就通過電容耦合的方式將干擾信號傳遞出去，后期的EMC測試很難通過，設(shè)計上應(yīng)該將它最小化、最短化。

現(xiàn)在的電子工程師是很幸福的，做電路設(shè)計時有大量的資料可供參考，甚至可以做到拿來就用，但PCB是一定要自己設(shè)計的，它是實際的物理過程發(fā)生的載體，如果忽略了基本的物理特性進行設(shè)計，很多問題就會在后期表現(xiàn)出來。所以，有所追求的工程師應(yīng)該將基本的理論用起來，讓它們在設(shè)計過程中起到引領(lǐng)的作用，把能夠預(yù)防的問題預(yù)先排除掉，讓電路的性能得到最優(yōu)化，自己的功夫也會在此過程中得到不斷的提升。

說完了問題，再給大家推薦一款很特別的Buck轉(zhuǎn)換器——RT5705，它的控制架構(gòu)是HCOT，也就是將滯回式和COT控制結(jié)合在一起的一種控制架構(gòu)，這種方式所帶來的好處是器件自身的靜態(tài)耗電非常低，只有600nA，這樣的數(shù)據(jù)已經(jīng)低于大部分線性穩(wěn)壓器了，是一個非常出色的水平（我沒有用“卓越”這個詞，是因為我已經(jīng)看到耗電更低的型號了，以后再向大家介紹）。由于RT5705的輸入電壓范圍是2.2V-5.5V，輸出電壓是1.8V-3.3V，負載能力為1A，還含有一個負載開關(guān)可以用于局部供電的控制，因而非常適合電池供電的低功耗設(shè)備使用。

RT5705的輸出電壓范圍為1.8V-3.3V，但要選定它的輸出電壓卻不是依靠不同的型號，也不使用反饋電阻，只需要在使用時將不同的電壓選擇端子接到Vin或GND上即可，因而只用一個型號即可滿足所有的輸出電壓應(yīng)用需求，對于庫存管理絕對是個好消息，下圖是把它放在系統(tǒng)中應(yīng)用時的電路示意圖：