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一个有趣的例子是从48 V转换到3.3 V

亚德诺半导体 2021-01-04 15:34 次阅读

对于需要从高输入电压转换到极低输出电压的应用,有不同的解决方案。一个有趣的例子是从48 V转换到3.3 V。这样的规格不仅在信息技术市场的服务器应用中很常见,在电信应用中同样常见。

如果将一个降压转换器(降压器)用于此单一转换步骤,如图 1 所示,会出现小占空比的问题。

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图1. 通过单一转换步骤将电压从48 V降至3.3 V

占空比反映导通时间(当主开关导通时)和断开时间(当主开关断开时)之间的关系。降压转换器的占空比由以下公式定义:

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当输入电压为48 V而输出电压为3.3 V时,占空比约为7%。

这意味着在1 MHz(每个开关周期为1000 ns)的开关频率下, Q1开关的导通时间仅有70 ns。然后,Q1开关断开930 ns,Q2导通。对于这样的电路,必须选择允许最小导通时间为70 ns或更短的开关稳压器。如果选择这样一种器件,又会有另一个挑战。

通常,当以非常小的占空比运行时,降压调节器的转换效率会降低。这是因为可用来在电感中存储能量的时间非常短。电感器需要在较长的关断时间内提供能量。这通常会导致电路中的峰值电流非常高。为了降低这些电流,L1的电感需要相对较大。这是由于在导通时间内,一个大电压差会施加于图1 的L1两端。

在这个例子中,导通时间内电感两端的电压约为44.7 V,开关节点一侧的电压为48 V,输出端电压为3.3 V。电感电流通过以下公式计算:

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如果电感两端有高电压,在电感不变的情况下,电感中的电流会在固定时间内上升。为了减小电感峰值电流,需要选择较高的电感值。然而,更高的电感值会增加功率损耗。在这样的电压转换条件下,ADI 公司的高效率 LTM8027 µModule稳压器模块在4 A输出电流时仅实现80%的转换效率。

目前,非常常见且更高效的提高转换效率的电路解决方案是利用一个中间电压。图2显示了一个使用两个高效率降压调节器的级联设置。第一步是将48 V电压转换为12 V,然后在第二转换步骤中将该电压转换为3.3 V。当从48 V降至12 V时,LTM8027μModule稳压器模块的总转换效率超过92%。第二转换步骤利用LTM4624将12 V降至3.3 V,转换效率为90%。这种方案的总转换效率为83%,比图1中的直接转换效率高出3%。

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图2. 电压分两步从48 V降至3.3 V,包括一个12 V中间电压

这可能相当令人惊讶,因为3.3 V输出上的所有功率都需要通过两个独立的开关稳压器电路。图1所示电路的效率较低,原因是占空比较短,导致电感峰值电流较高。

比较单步降压架构与中间总线架构时,除转换效率外,还有很多其他方面需要考虑。

这个基本问题的另一种解决方案是采用ADI 公司的新型混合降压控制器 LTC7821,它将电荷泵与降压调节结合在一起。这使得占空比达到2倍的 VIN/VOUT,因此可以在非常高的转换效率下实现非常高的降压比。

图3显示了LTC7821的电路设置。它是一款混合式同步降压型控制器,其中结合了电荷泵(用以将输入电压减半)和采用降压拓扑结构的同步降压转换器。利用它在500 kHz开关频率下将48V转换为12 V时,转换效率超过97%。其他架构只有在低得多的开关频率时才能实现如此高效率,而且需要较大电感。

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图3. 混合式降压转换器的电路设计

需要使用四个外部开关晶体管。在工作期间,电容C1和C2执行电荷泵功能。以这种方式产生的电压通过同步降压功能转换为精确调节的输出电压。为了优化EMC特性,电荷泵采用软开关操作。

电荷泵和降压拓扑的组合具有以下优点:

优点由于电荷泵和同步开关稳压器的优化组合,转换效率非常高。外部MOSFET M2、M3和M4只需承受低电压。电路也很紧凑。相比单级转换器方法,电感更小且更便宜。对于该混合式控制器,开关M1和M3的占空比为D = 2×VOUT/VIN。对于M2和M4,占空比为D = (VIN – 2 × VOUT)/VIN。

对于电荷泵,许多开发人员假定功率输出限制约为100 mW。采用 LTC7821 的混合式转换器开关设计的电路可以提供高达25 A的输出电流。为了获得更高的性能,多个LTC7821控制器可以连成并联多相配置,并且频率同步以分担整体负载。

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图4. 在500 kHz开关频率下将48 V转换为5 V的典型转换效率

图4显示了不同负载电流下48 V输入电压和5 V输出电压的典型转换效率。在大约6A时,转换效率超过90%。在13 A和24 A之间,效率甚至高于94%。

混合式降压控制器以紧凑的形式提供非常高的转换效率。相对于采用中间总线电压的分立式两级开关稳压器设计,以及以非常低占空比工作的单级转换器,它提供了另一种有趣的解决方案。有些设计人员更喜欢级联架构,有些则喜欢混合架构。运用这两种选择,每个设计都应当能成功。

责任编辑:lq

原文标题:电压转换的级联和混合分不清?看几个示例就明白了

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发表于 07-30 18:02 99次 阅读

NCV8715 LDO稳压器 50 mA 低压差 超低Iq

5是50 mA LDO线性稳压器。它是一种非常稳定和精确的器件,具有超低的接地电流消耗(在整个输出负载范围内为4.7 uA)和宽输入电压范围(高达24 V)。稳压器具有多种保护功能,如热关断和限流。 类似产品: NCV8715 NCV8716 NCV8718 输出电流(A) 0.05 0.08 0.30 PSRR f = 1kHz(dB) 50 50 压差电压(V) 0.230 0.310 0.285 特性 优势 工作输入电压范围:2.5 V至24 V 适合电池供电 1.2 V,1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.0 V,3.3 V,5.0 V固定输出电压版本 Design Flexibi lity 低4.7 uA典型静态电流 延长电池寿命 1 kHz时PSRR 54 dB 适用于噪音敏感电路 热关断和当前的Liimit保护 保护产品和系统免受损坏 适用于XDFN6 1.5 x 1.5 mm和SC-70封装 节省空间 应用 信息娱乐,音频 安全系统 通讯系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 18:02 407次 阅读

NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,DPAK,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300 mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33275可作为MC33375使用,包括开/关控制。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于需要延长有用电池寿命的电池供电的计算机,消费类和工业设备。 特性 低静态电流(125 mA) 低输入到 - 输出电压差为25 mV,I O = 10mA,260 mV,I O = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定2.5 V输出电压的输出电容仅为0.33 mF In内部电流和热限制 应用 电池供电的消费品 HandHeld Instruments 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 92次 阅读
NCV33275 LDO稳压器 300 mA 高PSRR

NCV8768 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

8是150 mA LDO稳压器,集成了窗口看门狗和复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8768可用于恶劣的汽车环境,典型低至31μA的超低静态电流使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。 Enable功能可用于进一步降低静态电流,降至1μA。 NCV8768包含保护功能,如电流限制和热关断。 特性 优势 5.0 V,±2%,150 mA 严格的调节限制 超低静态电流:典型值31μA 节省电池寿命 极低压差 维持低输入时的输出电压调节电压(特别是在汽车起动过程中)。 启用功能 对设备的外部控制 重置可调节的上电延迟 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 Window Watchdog MPU控制 集成保护功能:电流限制热关机 自我保护 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 应用 终端产品 车身控制模块 仪器和群集 乘员保护与舒适 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 89次 阅读

NCP708 LDO稳压器 1 A 低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并保持1.5%的出色输出电压精度,包括线路,负载和温度变化。工作输入电压范围为2.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项。可根据要求提供其他电压选项。 NCP708具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚UDFN6 3x3封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 2.4 V至5.5 V工作输入电压范围 兼容锂离子电池 固定输出电压选项:3.3 V(其他可根据要求提供) 设计灵活性 Typ的低静态电流。 200μA 延长电池寿命 极低压降:最大250 mV。在Iout = 1 A 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高70 dB 好噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 ±1.5 %精度超过负载/线路/温度 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和系统免受损坏 UDFN6 3x3 mm包中提供 应用 硬盘,固态硬盘 服务器,网络设备 电信设备 电池供电应用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 212次 阅读

NCP603 LDO稳压器 300 mA 高性能 具有使能和增强型ESD保护

低压差(LDO)线性稳压器可在固定电压选项下提供300 mA输出电流,或从5.0 V至1.250 V的可调输出电压。它专为便携式电池供电应用而设计,并提供高性能功能例如低功耗操作,快速启用响应时间和低压差。该器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用TSOP-5 / SOT23-5封装。 特性 优势 低压差电压 延长电池使用时间。保持更长的监管 3.0%输出电压容差 高性能应用的严格公差 增强型ESD范围(HBM 3.5 kV,MM 400 V) 增强部件抗ESD事件的稳健性 外部电阻可调输出从5.0 V降至1.250 V 快速启用15 us的开启时间 优秀的线路和负载调节 没有旁路电容的50 uVrms的典型噪声电压 摄像机 应用 终端产品 消费者 通讯设备 SMPS后监管 手持式仪器 便携式计算 相机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 171次 阅读

NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

/ NCP606低压降(LDO)线性稳压器在固定电压选项下提供超过500 mA的输出电流,或者在5.0 V至1.25 V范围内提供可调输出电压。这些器件专为空间受限和便携而设计电池供电的应用,并提供额外的功能,如高PSRR,低噪音操作,短路和热保护。这些器件设计用于低成本陶瓷电容器,采用DFN6 3x3.3封装。 NCP605的设计没有使能引脚,NCP606设计有使能引脚。 特性 输出电压选项:可调,1.5 V,1.8 V,2.5 V,2.8 V, 3.0 V,3.3 V,5.0 V 外部电阻可调输出,从5.0 V降至1.25 V 电流限制675 mA 低I GND (独立于负载) ±1.5%输出电压容差,适用于所有工作条件(可调) ±2%输出电压容差操作条件(固定) NCP605已修复直接替换LP8345 没有旁路电容的50μVrms的典型噪声电压 增强型ESD额定值:4 kV人体模式(HBM) 400 V Ma中文模型(MM) 这些是无铅设备 应用 终端产品 电池电力电子设备 便携式仪器 硬盘驱动程序 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 252次 阅读
NCP605 LDO稳压器 低熔断器 具有增强的ESD保护

NCP571 LDO稳压器 150 mA 超低Iq 低输出

固定低压差(LDO)线性稳压器专为需要1.2 V或更低电压轨的应用而设计。这款LDO非常适用于需要低静态电流的手持通信设备和便携式电池供电应用,因为NCP571系列具有4.0 uA的超低静态电流。该器件集成了电流限制和过温保护电路。 NCP571设计用于低成本陶瓷电容器,需要0.1 uF的最小输出电容。该器件采用TSOP 5或2x2.2mm DFN封装。标准电压版本为0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他电压选项可根据需要提供。 特性 优势 低静态电流4.0 uA(典型值) 适用于低功率应用和电池供电产品。 最大工作电压12 V Robuse技术制造该器件适用于各种应用。 低输出电压选项低至0.8 V 可为低压处理器和应用提供低于1.2V的电压轨。 应用 终端产品 电池供电仪器 应用ns要求电压轨低于1.2V 摄像机,相机,GPS设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 08:02 242次 阅读

NCP5504 LDO稳压器 250 mA 双输出 低噪声

4是一款双输出低压差(LDO)线性稳压器,在工作温度范围内具有+/- 2.0%的精度。它具有3.3 V的固定输出电压(适用于其他固定输出电压选项的工厂触点)和可调节输出,范围为1.25 V至5.0 V.它采用5引脚DPAK无铅封装。 NCP5504 LDO线性稳压器提供低噪声工作,无需旁路电容用于固定输出。该器件的纹波抑制为75 dB,250 mA时的压差为250 mV。 NCP5504适用于后调节和功率敏感的电池供电应用。 特性 一个固定输出和一个可调节输出 可调输出电压从1.25 V到5.0 V 低压差250 mV典型值250 mA 低静态电流370μA 75 dB的纹波抑制 温度范围-25°C至+ 85°C 温度2.0%的准确度 热保护和电流限制 应用 视听设备 电池供电的消费类产品 仪器仪表 计算与网络国王申请 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 277次 阅读

NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

7LP低压降(LDO)线性稳压器是流行的NCP1117系列低压差稳压器的低功耗版本,具有降低的静态电流。它主要用于0到125度温度范围内的大批量消费应用。该系列产品能够提供超过1 A的输出电流,在1 A全电流负载下具有1.3 V的压差,该系列包括1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的可调和五种固定电压版本, 5.0 V。 特性 优势 输出电流超过1.0 A 1A输出电流 应用 终端产品 电视和监视器 电视和监视器 设置顶盒和娱乐设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 137次 阅读
NCP1117LP LDO稳压器 1 A 固定和可调 正

MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 251次 阅读
MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极

NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
发表于 07-30 04:02 284次 阅读

LV5762QA 降压型开关稳压器

QA是一个1ch降压电压开关稳压器。 特性 1ch降压开关稳压控制器 与负载无关的软启动电路 频率折返功能 开/关功能 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻进行检测。 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 242次 阅读