USB多路輸出電源---最終成品展示及波形分析總結(jié)

最終波形測(cè)試完整波形及分析：

黃色是三角波波形；綠色是直流電平波形；紫色是PWM波形；青色是電感電流波形。

負(fù)載1：Io=50mA（DCM）

負(fù)載1（展開）：Io=50mA（DCM）

負(fù)載2：Io=80mA（DCM）

負(fù)載2（展開）：Io=80mA（DCM）

通過(guò)50mA和80mA的輕載，我們可以看出，雖然三角波的頻率沒有改變，但是最終輸出的PWM波形是以丟斬波的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。這是由于負(fù)載消耗很小，僅需要幾個(gè)周期給電容充電，然后間隔幾個(gè)周期電容的能量足夠給負(fù)載提供能量，所以占空比為0%。

負(fù)載3：Io=150mA（DCM）

負(fù)載3（展開）：Io=150mA（DCM）

當(dāng)負(fù)載進(jìn)一步加大，此時(shí)PWM的頻率已經(jīng)和三角波的頻率保持一致了，這是由于負(fù)載變大，每一個(gè)周期都需要PWM的占空比調(diào)節(jié)來(lái)維持負(fù)載的消耗。

負(fù)載4：Io=160mA（DCM）

上面這張圖是BUCK電路過(guò)流保護(hù)了，紫色的是采樣電阻兩端的電壓，青色的是電感電流波形。通過(guò)測(cè)量電感峰值電流可以知道，Ipk=0.51A時(shí)（注意此時(shí)是DCM模式），電路就進(jìn)行電流保護(hù)了。由于采樣電阻R=1.5Ω，所以電阻兩端的電壓U=Ipk*R=0.51A*1.5Ω=0.765V，達(dá)到了三極管的導(dǎo)通閾值。而且通過(guò)上面測(cè)量到的采樣電阻兩端的電壓（也就是Q7 be兩端的導(dǎo)通電壓）0.74V就電路保護(hù)，并進(jìn)行電路自鎖。所以，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試采樣電阻的取值需要改小一點(diǎn)。通過(guò)測(cè)試可以知道，采樣電阻上的電流保護(hù)閾值是需要根據(jù)Ipk值來(lái)計(jì)算的。（后面專門針對(duì)采樣電阻有詳細(xì)的計(jì)算）

負(fù)載4：Io=340mA（BCM）

當(dāng)負(fù)載340mA時(shí)，電感進(jìn)入臨界連續(xù)模式（BCM），之前計(jì)算的值：

根據(jù)之前的電感選型可知，0.5A*0.5=0.25A，也就是當(dāng)負(fù)載電流在250mA時(shí)，電感理論上才進(jìn)入臨界連續(xù)模式。而實(shí)際測(cè)試下來(lái)是340mA，那么誤差有：(340-250)/250=36%。而電感量本身的誤差有±20%，再加上受溫度的影響，以及電感本身在不同頻率下呈現(xiàn)的感性是不同的，這是由于電感本身也有寄生參數(shù)，所以，造成最終實(shí)際偏差還是很大，這都是在合理范圍內(nèi)的。

負(fù)載5：Io=350mA

上面這幅圖是BUCK電路最大帶載，超過(guò)這個(gè)負(fù)載時(shí)，電感飽和。

在電感選型時(shí)，由于時(shí)間的關(guān)系，100uH 1A的電感缺貨，所以就采購(gòu)了100uH 600mA的電感。而本次DIY項(xiàng)目實(shí)際使用的100uH 600mA的電感，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試下來(lái)，明顯是不夠的。

最后再來(lái)討論一下電感的額定電流和采樣電阻選型問(wèn)題。當(dāng)Buck電路計(jì)算出來(lái)電感后，要根據(jù)電感所設(shè)計(jì)的BCM模式下計(jì)算出ΔI值，來(lái)推算處滿載輸出情況下的Ipk值，然后采樣電阻的電流保護(hù)值一般可以在Ipk值得1.2~1.5倍。Ipk和Io之間得關(guān)系如下圖所示：

上圖是理論上計(jì)算出來(lái)得Ipk值，根據(jù)在滿載情況下的Ipk=625mA，我們的電流保護(hù)要在Ipk的1.2~1.5倍，所以(1.2~1.5)*625mA=750mA~937.5mA。如果采樣電阻兩端的電壓保護(hù)閾值按照0.7V來(lái)計(jì)算的話（Q7的be導(dǎo)通閾值電壓），那么采樣電阻的取值計(jì)算如下：0.7V/750mA=930mΩ，0.7V/937.5mA=747mΩ。所以采樣電阻的取值范圍在747mΩ~930mΩ之間，這里可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇1Ω的采樣電阻也是可以的。我們的輸出最大平均電流Io=0.5A，所以采樣電阻在滿載情況下的功率P=I^2*R=0.5A*0.5A*1Ω=0.25W，考慮到降額，可以選擇2512的貼片封裝或者2個(gè)1206封裝的電阻并聯(lián)。另外，采樣電阻要選擇高頻特性好的合金采樣電阻，否則在高頻下電阻兩端的電壓并不能反應(yīng)真實(shí)的電流。因?yàn)槠胀?a target="_blank">貼片電阻的寄生電感在高頻下會(huì)有一定的電壓幅值，U=I*R + I*(2πfL)。

那么，根據(jù)Ipk值也知道，在電感選型時(shí)，也需要注意它的飽和電流，這就是為什么一開始在電感選型時(shí)需要選擇額定電流1A的電感了。一般情況下，貼片電感的額定電流要是最大負(fù)載電流Io的1.5~2倍之間即可。

本次DIY包括了Boost、Buck、正負(fù)電壓的多種電源設(shè)計(jì)，讓大家也跟我一起對(duì)低壓電源設(shè)計(jì)有一個(gè)更深層次的、全方位的認(rèn)識(shí)。不管是集成IC的，還是分立器件的，都有涉及到。同時(shí)在調(diào)試分立Buck電路時(shí)，也對(duì)環(huán)路控制的PID調(diào)節(jié)有了更深的理解。下面是最終多路輸出電壓的測(cè)試波形圖。

審核編輯 ：李倩