降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器(見(jiàn)圖 1)是許多電氣和電子應(yīng)用中非常流行的開(kāi)關(guān) DC/DC 穩(wěn)壓器拓?fù)洌瑥脑苹A(chǔ)設(shè)施到個(gè)人電子產(chǎn)品再到工廠和樓宇自動(dòng)化。它們代表了當(dāng)今所有非隔離式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涞?75% 以上。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的常識(shí)是,降壓轉(zhuǎn)換器或穩(wěn)壓器集成電路 (IC),例如 LM5017 系列,可以從正 V IN產(chǎn)生負(fù) V OUT。乍一看,使用降壓穩(wěn)壓器 IC 的反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的原理圖看起來(lái)與降壓轉(zhuǎn)換器非常相似(圖 1a 和 1c)。但是,這兩個(gè)電路在電壓和電流電平、開(kāi)關(guān)電流和布局方面存在重要差異。
音頻應(yīng)用、數(shù)據(jù)信號(hào)采集和模擬傳感器受益于雙極偏置電源。雙極電源可充分利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的動(dòng)態(tài)范圍,實(shí)現(xiàn)軌到軌放大,將模擬信號(hào)與接地噪聲隔離,并提供許多其他好處。
我敢肯定,在某個(gè)時(shí)候,我們都同意了我們還沒(méi)有真正閱讀過(guò)的條款和條件。為什么要花這么多時(shí)間閱讀細(xì)則?像任何重要的文件一樣,數(shù)據(jù)表也有精美的印刷品——一頁(yè)華麗的規(guī)格,但多達(dá) 20 頁(yè)的精美印刷品。對(duì)于電源模塊來(lái)說(shuō)尤其如此,因?yàn)榧煽赡軙?huì)掩蓋設(shè)備的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。在根據(jù)數(shù)據(jù)表首頁(yè)評(píng)估電源模塊時(shí),有一些常見(jiàn)的絆腳石,我將在本文系列中討論。
LM5175-Q1是一個(gè)寬輸入電壓四開(kāi)關(guān)降壓控制器IC集成驅(qū)動(dòng)器的n通道m(xù)osfet。當(dāng)VIN大于VOUT時(shí)工作在降壓模式,當(dāng)VIN小于VOUT時(shí)工作在升壓模式。當(dāng)VIN接近VOUT時(shí),設(shè)備運(yùn)行在一個(gè)專有的過(guò)渡降壓或升壓模式。該控制方案在規(guī)定的工作范圍內(nèi)為任何輸入/輸出組合提供平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)VIN等于VOUT時(shí),降壓或升壓過(guò)渡控制方案提供了低紋波輸出電壓,而不影響效率。
布局對(duì)于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的成功運(yùn)行非常關(guān)鍵。
許多工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用具有廣泛變化的輸入電壓 (V IN ) 軌,并且通常需要降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓 (V OUT )。降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是級(jí)聯(lián)降壓和升壓級(jí)或單級(jí)。級(jí)聯(lián)降壓和升壓級(jí)會(huì)導(dǎo)致雙重轉(zhuǎn)換,從而導(dǎo)致更大的尺寸、成本和功率損耗。
我們生活在一個(gè)設(shè)計(jì)師似乎一直在追求更高效率的世界。我們希望以更少的功率輸出更多的功率!更高的系統(tǒng)效率是團(tuán)隊(duì)的努力,包括(但不限于)性能更好的柵極驅(qū)動(dòng)器、控制器和新的寬帶隙技術(shù)。
大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)軟啟動(dòng)電路來(lái)限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。盡管具有上電復(fù)位 (POR) 功能的系統(tǒng)需要平滑軟啟動(dòng),但對(duì)于初級(jí)側(cè)帶有控制器且占空比或電流有限的隔離式轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō),這很困難。
Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器是生成低功率隔離輸出、雙極 (+/-) 輸出和多輸出軌的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Fly-Buck 拓?fù)湓陔娦拧oE、定制 PoE、工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用中很常見(jiàn)。最常用的 Fly-Buck 拓?fù)鋵?duì)非隔離輸出使用降壓配置。這種配置如圖 1 所示。
正如我在第一部分中提到的,專用于電源管理的印刷電路板 (PCB) 區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的限制。降低轉(zhuǎn)換器損耗是在 PCB 空間有限的空間受限應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)緊湊實(shí)現(xiàn)的基本要求。
今天,在競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代,產(chǎn)品設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是保持領(lǐng)先地位,而不僅僅是與時(shí)俱進(jìn)。這提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員通過(guò)差異化產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新的賭注。
智能手機(jī)等便攜式設(shè)備的典型電源是單節(jié)鋰離子電池。隨著硅負(fù)極材料的發(fā)展和電池能量的最大化,例如智能手機(jī)應(yīng)用中的最低工作電壓通常更低,例如2.7V。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) (HEV) 中的啟停系統(tǒng)通過(guò)在怠速期間停止發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)幫助減少燃料消耗和排放,但只要發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng),電池電壓就會(huì)下降。為了在電池電壓下降期間為負(fù)載提供所需的最低電壓,預(yù)升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于汽車(chē)中。
任何物聯(lián)網(wǎng)(IOT)設(shè)備的成功取決于其易用性。主要在于,易用性意味著易于連接和控制設(shè)備。但它也是指聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的維護(hù)不足。由于電池需要更換,多久將其關(guān)斷一次?
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,以及消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備的廣泛使用,對(duì)高效直流電源變換(DC-DC)的研究與應(yīng)用成為日益重要的課題。DC-DC電路以其優(yōu)異的特性,在大多數(shù)消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備中,替代了線性電源變換線路成為了主要應(yīng)用對(duì)象。
越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)應(yīng)用需要高單元數(shù)的電池組來(lái)支持更長(zhǎng)的飛行距離和飛行時(shí)間。例如,考慮工作電壓為 50V 至 60V 的 14 節(jié)串聯(lián)鋰離子 (Li-ion) 電池組架構(gòu)。在為此類(lèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) DC/DC 電源時(shí),挑戰(zhàn)之一是如何選擇最大輸入電壓額定值。一些工程師在圖 1 中指定為 V M的節(jié)點(diǎn)看到過(guò)大的電壓偏移,但可能不知道它的起源或如何處理它。
近年來(lái),隨著便攜式電子產(chǎn)品的迅速增長(zhǎng),與之配套的電源管理系統(tǒng)也具有越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)。而DC-DC轉(zhuǎn)換器具有許多優(yōu)點(diǎn)諸如效率高、重量和體積都很小,因此廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng),它是許多電路能否正常工作的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
從基于推車(chē)的超聲掃描儀到將圖像直接發(fā)送到智能手機(jī)的便攜式智能探頭,超聲成像領(lǐng)域不斷多樣化。盡管其設(shè)計(jì)在架構(gòu)上存在差異,但每個(gè)超聲系統(tǒng)都需要一個(gè)直流電源,以有效滿足系統(tǒng)的電源需求并避免干擾超聲頻率范圍。在本文中,我將回顧為醫(yī)療超聲系統(tǒng)選擇 DC/DC 降壓穩(wěn)壓器時(shí)的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
為家庭和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的寬帶調(diào)制解調(diào)器、路由器和網(wǎng)關(guān)配備無(wú)線接入點(diǎn) (AP) 功能正在經(jīng)歷爆炸式增長(zhǎng)。圖 1 顯示了這樣的 Wi-Fi? 網(wǎng)絡(luò)。隨著市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng),此類(lèi)設(shè)備中使用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須滿足多項(xiàng)要求。