Buck與Buck-Boost在小家電輔助電源中的應(yīng)用

在ACDC電源中，輸入電壓一般是來自電網(wǎng)的85V-265V交流高壓，而輸出電壓則是3.3V、5V、12V等直流低壓，因此需要開關(guān)電源來實現(xiàn)降壓。開關(guān)電源有Buck、Boost和Buck-Boost三大經(jīng)典拓撲，其中Buck與Buck-Boost均可實現(xiàn)降壓功能。Synergy世輝是世健旗下子公司，擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗與專業(yè)的技術(shù)實力，世輝公司電源與新能源事業(yè)部FAE結(jié)合自身經(jīng)驗，針對小家電的輔助電源應(yīng)用中該如何選擇拓撲電路以及相關(guān)產(chǎn)品，展開詳細介紹。

一、Buck電路

Buck電路是一個降壓電路，Vi=Vls+Vo。因Vi>Vo,故具有降壓作用。

(1)開關(guān)管S導通階段

當開關(guān)閉合時，續(xù)流二極管D是截止的，由于輸入電壓Vi與儲能電感Ls接通，因此輸入-輸出壓差(Vi-Vo)就加在Ls上，使通過Ls上的電流線性地增加。在此階段，除向負載供電外，還有一部分電能儲存在電感Ls和電容Cr中。

(2)開關(guān)管S關(guān)斷階段

當開關(guān)斷開時，Ls與Vi斷開，但由于電感電流不能在瞬間發(fā)生突變，因此在電感Ls上就產(chǎn)生反向電動勢以維持通過的電流不變。此時續(xù)流二極管D導通，儲存在電感Ls中的電能就經(jīng)過有D構(gòu)成的的回路對負載供電。(主要是電容C對負載供電，此階段一直給電容充電，維持電壓穩(wěn)定)

二、Buck-Boost電路

Buck-Boost電路的輸入電壓與輸出電壓的極性是相反的。

(1)開關(guān)管S導通階段

當開關(guān)閉合時，輸入電壓通過電感L直接返回，在電感Ls上儲能，此時電容Cr放電，給負載供電。

(2)開關(guān)管S截止階段

當開關(guān)斷開時，在電感Ls上產(chǎn)生反向電動勢，使二極管D從截止變成導通。電感給負載供電并對輸出電容充電，維持輸出電壓不變。

通過以上對比，可得知：Buck-Boost電路的輸入電壓與輸出電壓的極性是相反的。因此，Buck與Buck-Boost兩者最大的區(qū)別就在于輸入與輸出電壓的極性：Buck是同極性拓撲，即輸出與輸入電壓的極性相同，二者共地;而Buck-Boost是反極性拓撲，即輸出與輸入電壓的極性相反，輸出端提供負壓(相對輸入電壓)。

在小家電應(yīng)用場景中的功率模塊控制部分，工程師常用到雙向晶閘管(TRIAC)等交流開關(guān)(AC Switch)。而使用負壓驅(qū)動交流開關(guān)，就能實現(xiàn)更高的電路可靠性與兼容性。在使用交流開關(guān)的系統(tǒng)中，往往優(yōu)先選擇能輸出負壓的Buck-Boost;而在不需要負壓驅(qū)動的系統(tǒng)中，則可以選擇Buck拓撲：

?Buck的輸入與輸出端共地，更利于系統(tǒng)的多級拓展。

?Buck的電感電流利用率比Buck-Boost更高。在電感電流(IL)相同時，Buck能輸出更大電流(IO)。

三、產(chǎn)品推薦

知道了如何選拓撲后，又該怎么選產(chǎn)品呢?世輝FAE推薦來自上海晶豐明源(BPS)的BP852X系列高性能開關(guān)電源驅(qū)動芯片，支持Buck和Buck-Boost拓撲，并具有極簡的外圍電路，可應(yīng)用于低成本的小家電輔助電源設(shè)計，如：小家電輔助電源、電機驅(qū)動輔助電源、IoT/智能家居/智能照明等多個領(lǐng)域。該系列產(chǎn)品擁有眾多的優(yōu)秀特性，包括：

? 集成Vcc電容、續(xù)流二極管和反饋二極管

? 集成650V高壓MOSFET

? 集成高壓啟動和自供電電路

? 低待機功耗50mW@230Vac

? 優(yōu)異的動態(tài)響應(yīng)速度，輸出電壓紋波小

? 降低音頻噪聲的降幅調(diào)制技術(shù)

? 改善EMI性能的頻率調(diào)制技術(shù)

接下來，世輝FAE將以該系列的BP85226D為例，展開具體介紹。

圖：封裝與規(guī)格

圖：電性能參數(shù)表

圖：BP85226D應(yīng)用原理圖

圖：產(chǎn)品實物

圖：BOM表

四、PCB Layout及建議

1.IC-GND能起到散熱作用，可以銅散熱。但IC-GND是電壓動點，在滿足散熱的條件下鋪銅面積應(yīng)盡量小;同時需遠離輸入交流端，以避免容性耦合產(chǎn)生EMI問題。

2.輸出電感可能產(chǎn)生電磁干擾，建議遠離芯片F(xiàn)B腳的同時，也遠離輸入端以避免EMI問題。為了芯片和電壓動點遠離交流輸入端，建議將輸入電解電容放置在芯片和交流輸入端之間。

3.DRAIN接輸入直流母線，為電壓靜點，可以鋪銅散熱。建議DRAIN和FB、IC-GND的走線距離大于2mm。

4.盡量減小功率環(huán)路面積以避免EMI干擾并提高系統(tǒng)可靠性。以Buck 為例，建議縮小輸入電容、內(nèi)置MOSFET、電感、輸出電容組成的勵磁回路，以及電感、輸出電容、續(xù)流二極管組成的續(xù)流回路面積。

5.建議功率回路的走線寬而短, 以提高系統(tǒng)可靠性，比如母線到GND引腳的走線、GND到輸出電容的走線等。

6.反饋回路面積與走線長度也應(yīng)減小，以提高可靠性。

7.如果由于客觀因素(例如PCB板形狀等)導致Layout無法充分滿足第5、6條建議時，可在VOUT和GND之間靠近引腳位置放置100nF(104)貼片電容，從而提高系統(tǒng)可靠性。

圖：電感選取建議

圖：負載調(diào)整率

圖：啟動波形

圖：輸出電壓紋波

圖：動態(tài)響應(yīng)

圖：傳導EMI

圖：浪涌

圖：群脈沖測試

圖：ESD測試*

*以上測試結(jié)果為實驗室條件下真實測試下得出，實際產(chǎn)品視應(yīng)用環(huán)境和批次差異，可能存在不同，晶豐明源保留最終解釋權(quán)。

圖：BP852X系列產(chǎn)品選型表

總結(jié)

晶豐明源的BP852X系列芯片具有極簡的外圍電路以及超高的集成度，能極大地降低應(yīng)用方案的成本與備貨難度;豐富的保護有助于加強系統(tǒng)穩(wěn)定性;此外，該產(chǎn)品還兼具優(yōu)秀的動態(tài)響應(yīng)、待機功耗和輸出調(diào)整等性能, 因此非常適合用于小家電的輔助電源。Synergy世輝可提供全系列產(chǎn)品及相關(guān)的技術(shù)支持。