降壓 DC/DC 轉換器(見圖 1)是許多電氣和電子應用中非常流行的開關 DC/DC 穩(wěn)壓器拓撲,從云基礎設施到個人電子產品再到工廠和樓宇自動化。它們代表了當今所有非隔離式開關穩(wěn)壓器拓撲的 75% 以上。
DC/DC 轉換器領域的常識是,降壓轉換器或穩(wěn)壓器集成電路 (IC),例如 LM5017 系列,可以從正 V IN產生負 V OUT。乍一看,使用降壓穩(wěn)壓器 IC 的反相降壓-升壓轉換器的原理圖看起來與降壓轉換器非常相似(圖 1a 和 1c)。但是,這兩個電路在電壓和電流電平、開關電流和布局方面存在重要差異。
音頻應用、數據信號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轉換器 (ADC) 的動態(tài)范圍,實現軌到軌放大,將模擬信號與接地噪聲隔離,并提供許多其他好處。
我敢肯定,在某個時候,我們都同意了我們還沒有真正閱讀過的條款和條件。為什么要花這么多時間閱讀細則?像任何重要的文件一樣,數據表也有精美的印刷品——一頁華麗的規(guī)格,但多達 20 頁的精美印刷品。對于電源模塊來說尤其如此,因為集成可能會掩蓋設備的關鍵細節(jié)。在根據數據表首頁評估電源模塊時,有一些常見的絆腳石,我將在本文系列中討論。
LM5175-Q1是一個寬輸入電壓四開關降壓控制器IC集成驅動器的n通道m(xù)osfet。當VIN大于VOUT時工作在降壓模式,當VIN小于VOUT時工作在升壓模式。當VIN接近VOUT時,設備運行在一個專有的過渡降壓或升壓模式。該控制方案在規(guī)定的工作范圍內為任何輸入/輸出組合提供平穩(wěn)運行。當VIN等于VOUT時,降壓或升壓過渡控制方案提供了低紋波輸出電壓,而不影響效率。
布局對于降壓-升壓轉換器的成功運行非常關鍵。
許多工業(yè)和汽車應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 轉換器來調節(jié)輸出電壓 (V OUT )。降壓-升壓 DC/DC 轉換器可以是級聯(lián)降壓和升壓級或單級。級聯(lián)降壓和升壓級會導致雙重轉換,從而導致更大的尺寸、成本和功率損耗。
我們生活在一個設計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)效率是團隊的努力,包括(但不限于)性能更好的柵極驅動器、控制器和新的寬帶隙技術。
大多數 DC/DC 轉換器需要一個軟啟動電路來限制啟動時的浪涌電流。盡管具有上電復位 (POR) 功能的系統(tǒng)需要平滑軟啟動,但對于初級側帶有控制器且占空比或電流有限的隔離式轉換器來說,這很困難。
Fly-Buck 轉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撲結構。Fly-Buck 拓撲在電信、PoE、定制 PoE、工業(yè)和汽車應用中很常見。最常用的 Fly-Buck 拓撲對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)域對系統(tǒng)設計人員來說是一個巨大的限制。降低轉換器損耗是在 PCB 空間有限的空間受限應用中實現緊湊實現的基本要求。
今天,在競爭激烈的時代,產品設計師面臨的挑戰(zhàn)是保持領先地位,而不僅僅是與時俱進。這提高了系統(tǒng)設計人員通過差異化產品進行創(chuàng)新的賭注。
智能手機等便攜式設備的典型電源是單節(jié)鋰離子電池。隨著硅負極材料的發(fā)展和電池能量的最大化,例如智能手機應用中的最低工作電壓通常更低,例如2.7V。
混合動力電動汽車 (HEV) 中的啟停系統(tǒng)通過在怠速期間停止發(fā)動機來幫助減少燃料消耗和排放,但只要發(fā)動機重新啟動,電池電壓就會下降。為了在電池電壓下降期間為負載提供所需的最低電壓,預升壓轉換器廣泛用于汽車中。
任何物聯(lián)網(IOT)設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備。但它也是指聯(lián)網設備的維護不足。由于電池需要更換,多久將其關斷一次?
隨著電子技術的發(fā)展,以及消費類電子設備的廣泛使用,對高效直流電源變換(DC-DC)的研究與應用成為日益重要的課題。DC-DC電路以其優(yōu)異的特性,在大多數消費類電子設備中,替代了線性電源變換線路成為了主要應用對象。
越來越多的無人機應用需要高單元數的電池組來支持更長的飛行距離和飛行時間。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。在為此類系統(tǒng)設計 DC/DC 電源時,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)點看到過大的電壓偏移,但可能不知道它的起源或如何處理它。
近年來,隨著便攜式電子產品的迅速增長,與之配套的電源管理系統(tǒng)也具有越來越廣泛的市場。而DC-DC轉換器具有許多優(yōu)點諸如效率高、重量和體積都很小,因此廣泛應用于各種電子系統(tǒng),它是許多電路能否正常工作的關鍵點之一。
從基于推車的超聲掃描儀到將圖像直接發(fā)送到智能手機的便攜式智能探頭,超聲成像領域不斷多樣化。盡管其設計在架構上存在差異,但每個超聲系統(tǒng)都需要一個直流電源,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)壓器時的主要設計挑戰(zhàn)。
為家庭和企業(yè)網絡中的寬帶調制解調器、路由器和網關配備無線接入點 (AP) 功能正在經歷爆炸式增長。圖 1 顯示了這樣的 Wi-Fi? 網絡。隨著市場的不斷增長,此類設備中使用的 DC/DC 轉換器必須滿足多項要求。