USB多输出电源-最终产品展示及波形分析总结

最终波形测试完成波形和分析：

是一个黄色的三角波形；是绿色DC电平波形；是紫色的PWM波形；是青色电感电流波形。

1: io=50ma (DCM)

负载1(扩展):Io=50mA(DCM)

2: IO=80毫安(DCM)

负载2(扩展):Io=80mA(DCM)

通过50mA和80mA的轻载可以看出，虽然三角波的频率没有变化，但最终输出的PWM波形通过斩波实现了输出电压的调节。这是因为负载消耗很小，只需要几个周期就可以给电容充电，然后电容的能量足够每隔几个周期为负载提供能量，所以占空比为0%。

3: IO=150毫安(DCM)

负载3(扩展):Io=150mA毫安(DCM)

当负载进一步增大时，PWM的频率与三角波一致，这是因为负载变大，需要PWM的占空比来维持每个周期的负载消耗。

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负载4：Io=160mA（DCM）

上面这张图是BUCK电路过流保护了，紫色的是采样电阻两端的电压，青色的是电感电流波形。通过测量电感峰值电流可以知道，Ipk=0.51A时（注意此时是DCM模式），电路就进行电流保护了。由于采样电阻R=1.5Ω，所以电阻两端的电压U=Ipk*R=0.51A*1.5Ω=0.765V，达到了三极管的导通阈值。而且通过上面测量到的采样电阻两端的电压（也就是Q7 be两端的导通电压）0.74V就电路保护，并进行电路自锁。所以，经过实际测试采样电阻的取值需要改小一点。通过测试可以知道，采样电阻上的电流保护阈值是需要根据Ipk值来计算的。（后面专门针对采样电阻有详细的计算）

负载4：Io=340mA（BCM）

当负载340mA时，电感进入临界连续模式（BCM），之前计算的值：

根据之前的电感选型可知，0.5A*0.5=0.25A，也就是当负载电流在250mA时，电感理论上才进入临界连续模式。而实际测试下来是340mA，那么误差有：(340-250)/250=36%。而电感量本身的误差有±20%，再加上受温度的影响，以及电感本身在不同频率下呈现的感性是不同的，这是由于电感本身也有寄生参数，所以，造成最终实际偏差还是很大，这都是在合理范围内的。

负载5：Io=350mA

上面这幅图是BUCK电路最大带载，超过这个负载时，电感饱和。

在电感选型时，由于时间的关系，100uH 1A的电感缺货，所以就采购了100uH 600mA的电感。而本次DIY项目实际使用的100uH 600mA的电感，通过实验测试下来，明显是不够的。

最后再来讨论一下电感的额定电流和采样电阻选型问题。当Buck电路计算出来电感后，要根据电感所设计的BCM模式下计算出ΔI值，来推算处满载输出情况下的Ipk值，然后采样电阻的电流保护值一般可以在Ipk值得1.2~1.5倍。Ipk和Io之间得关系如下图所示：

上图是理论上计算出来得Ipk值，根据在满载情况下的Ipk=625mA，我们的电流保护要在Ipk的1.2~1.5倍，所以(1.2~1.5)*625mA=750mA~937.5mA。如果采样电阻两端的电压保护阈值按照0.7V来计算的话（Q7的be导通阈值电压），那么采样电阻的取值计算如下：0.7V/750mA=930mΩ，0.7V/937.5mA=747mΩ。所以采样电阻的取值范围在747mΩ~930mΩ之间，这里可以根据实际情况，选择1Ω的采样电阻也是可以的。我们的输出最大平均电流Io=0.5A，所以采样电阻在满载情况下的功率P=I^2*R=0.5A*0.5A*1Ω=0.25W，考虑到降额，可以选择2512的贴片封装或者2个1206封装的电阻并联。另外，采样电阻要选择高频特性好的合金采样电阻，否则在高频下电阻两端的电压并不能反应真实的电流。因为普通贴片电阻的寄生电感在高频下会有一定的电压幅值，U=I*R + I*(2πfL)。

那么，根据Ipk值也知道，在电感选型时，也需要注意它的饱和电流，这就是为什么一开始在电感选型时需要选择额定电流1A的电感了。一般情况下，贴片电感的额定电流要是最大负载电流Io的1.5~2倍之间即可。

本次DIY包括了Boost、Buck、正负电压的多种电源设计，让大家也跟我一起对低压电源设计有一个更深层次的、全方位的认识。不管是集成IC的，还是分立器件的，都有涉及到。同时在调试分立Buck电路时，也对环路控制的PID调节有了更深的理解。下面是最终多路输出电压的测试波形图。