對于電源設計,設計人員需要執(zhí)行良好的PCB布局并規(guī)劃有效的配電網絡。此外,設計人員需要確保將嘈雜的數(shù)字電路電源與關鍵的模擬電路電源和電路分開。
當電源包含開關穩(wěn)壓器以將電能從一種形式轉換為另一種形式并具有必要特性時,稱為開關模式電源(SMPS)。該電源用于從DC i/p電壓或未調節(jié)的AC獲得調節(jié)的DC o/p電壓。
本文是系列文章中的第二篇,該系列文章將討論常見的開關模式電源(SMPS)的設計問題及其糾正方案。本文旨在解決DC-DC開關穩(wěn)壓器的反饋級設計中面臨的復雜難題,重點關注檢測電阻器(RSENSE)元件。RSENSE對于確保反饋網絡(負責維持輸出電壓)接收來自電感電流的準確信號而言至關重要。失真的信號可能會使電感紋波看起來比實際更大或更小,從而導致反饋網絡出現(xiàn)意外行為。
在電子設備設計中,開關穩(wěn)壓器作為電源管理系統(tǒng)的核心部件,其穩(wěn)定性和可靠性對整個系統(tǒng)至關重要。而接地設計作為電路設計中的重要一環(huán),對于開關穩(wěn)壓器的性能有著直接的影響。特別是在處理模擬地(AGND)和數(shù)字地(PGND)的接地問題時,更是需要謹慎考慮。
為增進大家對穩(wěn)壓器的認識,本文將對穩(wěn)壓器的操作方法以及穩(wěn)壓器的具體分類予以介紹。
如今,幾乎每個電路都需要使用多個不同的電源電壓。因此,我們必須設計合適的電源管理架構,以提供所需的不同電壓軌,而通常做法是使用多個根據(jù)開關穩(wěn)壓器原理工作的電壓轉換器。在該設計方法中,每個開關穩(wěn)壓器都需要一個電感。對最終產品來說,它所使用的PCB尺寸越小越好,以盡可能降低相關成本。為實現(xiàn)這一目標,常用方法是采用集成路線。將電路集成到芯片中對以低功耗運行的開關穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器十分有效。有大量高度集成的組合式開關穩(wěn)壓器IC可供選擇,通常也被稱為電源管理集成電路(PMIC)。圖1為高度集成的DC-DC轉換器ADP5014。
開關穩(wěn)壓器將輸入電壓轉換為更高或更低的輸出電壓。為此,需要使用電感來暫時儲存電能。電感的尺寸取決于開關穩(wěn)壓器的開關頻率和流經電路的預期電流。究竟應如何正確選擇電感值?可以使用包含電感電流紋波的常用公式來確定電感值。在大部分開關穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)手冊,以及大部分應用筆記和其他說明文本中,電感電流紋波建議在標稱負載工作的30%。這意味著在標稱負載電流下,電感電流波峰和電感電流波谷分別比平均電流高15%和低15%。為何選擇30%的電感電流紋波或電流紋波比(CR)可以說是不錯的折衷方案?
當設計中需要優(yōu)先考慮并盡可能減少EMI(電磁干擾)時,線性穩(wěn)壓器可以算得上一種低噪聲解決方案,但考慮到散熱和效率要求其并不適用于該種場景,反而需要選擇開關穩(wěn)壓器。即使在對EMI敏感的應用中,開關穩(wěn)壓器通常也是輸入電源總線上的第一個有源元件,無論下游變換器如何,它都會顯著影響整個轉換器的EMI性能。到目前為止,還沒有明確的途徑來確保可以通過電源IC的選取可以抑制EMI并達到效率要求。LT8614 Silent Switcher?穩(wěn)壓器現(xiàn)在做到了這一點。
市場上有數(shù)千款不同的開關穩(wěn)壓器,用戶會基于不同的參數(shù)選擇所需的類型,例如輸入電壓范圍、輸出電壓范圍、最大輸出電流,以及許多其他參數(shù)。本文ADI將針對電流模式進行介紹,這是數(shù)據(jù)手冊中常見的一項重要特性,同時還會分析此模式的優(yōu)缺點。
為增進大家對穩(wěn)壓器的認識,本文將對開關穩(wěn)壓器的構建以及穩(wěn)壓器與電壓的關系予以介紹。
開關穩(wěn)壓器使用輸出級,重復切換“開”和“關”狀態(tài),與能量存貯部件(電容器和感應器)一起產生輸出電壓。它的調整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調整切換定時來實現(xiàn)的。
選擇合適的電源轉換器僅僅是找到最便宜的部件嗎?事實證明,電源電壓轉換領域的創(chuàng)新是值得的,并且在市場上得到了回報——因為這些解決方案帶來了更高質量的產品。本文概述了一些成功實現(xiàn)質量優(yōu)于低成本電源轉換器的應用示例。 電源轉換器幾乎用于所有電氣設備。多年來,它們已經針對各自的應用條件進行了設計和調整。今天的制造商之間有區(qū)別嗎?
擴頻是一種與開關穩(wěn)壓器相關的技術,可抑制來自感興趣頻帶的不需要的噪聲,并將其推入噪聲不會干擾系統(tǒng)的區(qū)域,或者更容易處理的區(qū)域。
今天有很多供應商提供空間級非隔離式開關穩(wěn)壓器。哪個部分適合我們的項目?大多數(shù)供應商會說他們的產品是為我們的負載供電的最佳 DC-DC。 考慮到當今的上市時間壓力和首次交付正確硬件的需求,選擇錯誤的調節(jié)器可能會付出高昂的代價,并導致我們的產品延遲進入軌道。
在為開關穩(wěn)壓器選擇輸出電容時,輸出紋波或瞬態(tài)響應等應用要求通常會決定您需要多少輸出電容。這假設您可以調整補償網絡以適應各種輸出電容器。對于沒有補償?shù)目刂萍軜嫞ɡ?D-CAP? 控制),您選擇的輸出電容器也應保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。
集群變得越來越大,以容納越來越多的駕駛員可用的數(shù)據(jù),并實時提供這些信息。集群顯示器正在從傳統(tǒng)的基于機械的解決方案轉向基于 LCD 的設計,為駕駛員提供了更多選擇來定制它并個性化駕駛體驗。 這種趨勢給設計工程師帶來了一些挑戰(zhàn)。電機驅動器是機電的,不會顯示出來自 EMC 等問題的明顯干擾,但 LCD 顯示器上的這個問題可以看作是可見的波紋(斷續(xù)線),這會分散駕駛員的注意力。實際上,可以比 LCD 顯示器更好地屏蔽電機驅動器,LCD 顯示器必須更加開放,而不是隱藏在前面板后面。
轉換效率是電源轉換器的一個關鍵特性。用于降壓轉換的常見開關穩(wěn)壓器(降壓轉換器)的轉換效率通常在85%到95%之間。能達到的效率很大程度上取決于可用電源電壓、要生成的相應輸出電壓以及所需的負載電流。然而,許多應用需要特殊類型的轉換效率,對此有特殊的開關穩(wěn)壓器解決方案。這些部署需要針對低輸出功率進行優(yōu)化的轉換器。始終在線的電池供電系統(tǒng)在待機模式下需要消耗的電流量通常非常低。實例包括測量橋梁振動或檢測森林火災的傳感器。在此類情況下,重要的是長時間保持低電量放電。這一特性在依賴能量采集器作為能源的系統(tǒng)中尤為重要。
在大多數(shù)電源設計中,熱性能至關重要。了解開關穩(wěn)壓器的局限性并了解如何充分利用它是優(yōu)化系統(tǒng)性能不可或缺的一部分。
開關穩(wěn)壓器的EMI分為電磁輻射和傳導輻射(CE)。本文重點討論傳導輻射,其可進一步分為兩類:共模(CM)噪聲和差模(DM)噪聲。為什么要區(qū)分CM-DM?對CM噪聲有效的EMI抑制技術不一定對DM噪聲有效,反之亦然,因此,確定傳導輻射的來源可以節(jié)省花在抑制噪聲上的時間和金錢。本文介紹一種將CM輻射和DM輻射從LTC7818控制的開關穩(wěn)壓器中分離出來的實用方法。知道CM噪聲和DM噪聲在CE頻譜中出現(xiàn)的位置,電源設計人員便可有效應用EMI抑制技術,這從長遠來看可以節(jié)省設計時間和BOM成本。
一般而言,與低壓差(LDO)穩(wěn)壓器輸出相比,人們認為傳統(tǒng)開關穩(wěn)壓器的輸出電壓噪聲很大。然而,LDO電壓會引起嚴重的額外熱問題,并使得電源設計更加復雜。全面認識開關穩(wěn)壓器噪聲很有必要,有助于設計低噪聲開關解決方案,使之產生與LDO穩(wěn)壓器相當?shù)牡驮肼曅阅堋1疚姆治龊驮u估的目標是采用電...