新興電子應(yīng)用需要能夠從更緊湊的平臺中獲得更高性能的電機設(shè)計。設(shè)計人員很難滿足基于傳統(tǒng)硅 MOSFET 和 IGBT 的電機驅(qū)動器電路的新要求。隨著硅技術(shù)達到功率密度、擊穿電壓和開關(guān)頻率的理論極限,設(shè)計人員控制功率損耗變得更加困難。這些限制的主要影響是在高工作溫度和高開關(guān)率下的次優(yōu)效率和額外的性能問題。
全球能源價格的上漲以及與電子產(chǎn)品相關(guān)的運營費用的增加正在成為設(shè)備和/或消費品采購決策的重要組成部分。因此,研發(fā)工程師一直在尋找降低產(chǎn)品功耗的方法。過去,這主要適用于電池供電的應(yīng)用,因為效率會嚴重影響設(shè)備的運行時間。然而,這種趨勢近年來已經(jīng)擴大到包括許多離線供電的消費品。
消費電子產(chǎn)品的電池壽命取決于其集成電路的動態(tài)功率行為。如果可以調(diào)整動態(tài)行為以適應(yīng)手頭的任務(wù),則可以實現(xiàn)相當大的功率節(jié)省。
熱分析是材料科學(xué)的一個分支,它研究材料隨溫度變化的特性。所有集成電路在受到電壓時都會產(chǎn)生熱量。因此,為了將器件的結(jié)溫保持在最大允許值以下,應(yīng)提供通過封裝的熱流估計。
PCIe,PCI-Express的簡稱,是一種高速串行計算機擴展接口標準,具有高速串行雙向傳輸和大帶寬的特點。成為主流的接口傳輸標準之一。在系統(tǒng)設(shè)計方面,SSD 技術(shù)的加速發(fā)展,除了用作擴展卡或顯示卡的傳統(tǒng) PCIe 插槽外,還鼓勵開發(fā)用于連接 SSD 的 M.2 和 NVMe 連接器。為了避免 CPU 頻帶限制妨礙顯卡和 SSD 發(fā)揮最佳性能,我們開發(fā)了 PCIe 4.0 來接聽電話。
薄膜電容作為替代方案,開發(fā)人員越來越多地在電力電子設(shè)備中采用復(fù)雜的開關(guān)算法進行脈寬調(diào)制,以提高效率并改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。此類設(shè)計采用更高的頻率和諧波,必須在輸出端使用 LC 和 LCL 濾波器對其進行過濾。交流濾波電容器,例如 MKP1847 系列,提供擴展的電容范圍、各種連接配置,并且為了提高安全性,采用了符合 UL810 標準的所謂分段薄膜技術(shù)。
緩沖各種形式的能量并使其可用于后續(xù)轉(zhuǎn)換過程的存儲元件是現(xiàn)代電源和頻率轉(zhuǎn)換器中的重要組件。因此,人們對平滑和能源的均勻性給予了極大的關(guān)注,而電容器存儲大量電荷的能力在其中起著特殊的作用。
關(guān)閉非活動電路可以節(jié)省大量電力;然而,這種電源管理假設(shè)有一個主動管理的“大腦”(通常是一個微控制器),它知道何時打開和關(guān)閉電源。在以亞微安級運行的極低功耗系統(tǒng)中,可能需要讓微控制器保持在深度睡眠模式,而讓一個簡單的超低功耗時鐘電路定期喚醒。
對于許多類型的電子設(shè)備,聯(lián)邦通信委員會只要求第 15 部分認證。對于屬于第 15 部分規(guī)則和法規(guī)部分的設(shè)備,如果有任何時鐘電路可能會輻射可能會導(dǎo)致其他設(shè)備出現(xiàn)問題的射頻,則會檢查發(fā)射。敏感性(即設(shè)備是否可能受到干擾 而不是干擾)也檢查到標稱 5 伏/米的場強。
我們將在電機驅(qū)動器電路和開關(guān)穩(wěn)壓器中看到的一種非常常見的結(jié)構(gòu)使用兩個功率 FET,一個堆疊在另一個之上。在操作中,上下 FET 輪流導(dǎo)通。首先,上部 FET 開啟,下部 FET 關(guān)閉。然后他們切換狀態(tài)。
我們都知道開關(guān)電源是很奇妙的東西。它們消除了線性電源中使用的笨重變壓器,并提供高效的電源轉(zhuǎn)換。他們可以上臺或下臺。如果輸入電源降得太低,有些甚至足夠聰明,可以處理這兩種功能。而且它們變得易于使用:選擇具有正確輸入電壓、輸出電壓和電流規(guī)格的芯片;添加一個便宜的電感器,可能還有一個或兩個分立的 FET;把它放在一塊板上——完成。
電機應(yīng)用呈上升趨勢,過去十年中功率 MOSFET 器件的成本顯著降低,特別是用于低壓(小于 100 伏)電機驅(qū)動應(yīng)用的 MOSFET 柵極驅(qū)動 IC 以及微控制器,簡化了實施離散設(shè)計。以下是您需要了解的基礎(chǔ)知識,以便讓經(jīng)濟高效的高性能有刷直流、無刷直流、開關(guān)磁阻和步進電機設(shè)計為您工作。
靜電可能是導(dǎo)致模擬和數(shù)字電路無法使用的因素之一。當不同的材料相互摩擦導(dǎo)致電荷在物體表面積聚時,通常會發(fā)生靜電。當它向物體放電時,這稱為靜電放電 (ESD)。
開關(guān)穩(wěn)壓器使用輸出級,重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài),與能量存貯部件(電容器和感應(yīng)器)一起產(chǎn)生輸出電壓。它的調(diào)整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調(diào)整切換定時來實現(xiàn)的。
在進行高溫/高可靠性設(shè)計時,必須閱讀和理解的不僅僅是數(shù)據(jù)表。不能只看片材就認為該部件適用于例如 125°C 的應(yīng)用。許多軍用規(guī)格零件在環(huán)境條件下的大部分測試中僅能通過 1,000 小時的測試。如果設(shè)備必須持續(xù)使用 5,000 小時、10,000 小時甚至更長時間,這可能會帶來很多驚喜。