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降压、升压和降压-升压拓扑结构及案例分享

FPGA开发圈 2018-01-17 08:54 次阅读

在本篇文章中,我将从不同方面深入介绍降压、升压和降压-升压拓扑结构。

1

降压转换器

图1是非同步降压转换器的原理图。降压转换器将其输入电压降低为较低的输出电压。当开关Q1导通时,能量转移到输出端。

图1:非同步降压转换器原理图

公式1计算占空比:

公式2计算最大金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET应力

公式3给出了最大二极管应力:

其中Vin是输入电压,Vout是输出电压,Vf是二极管正向电压。

线性稳压器或低压差稳压器(LDO)相比,输入电压和输出电压之间的差异越大,降压转换器的效率就越高。

尽管降压转换器在输入端具有脉冲电流,但由于的电感 - 电容(LC)滤波器位于转换器的输出端,输出电流是连续的。结果,与输出端的纹波相比,反射到输入端的电压纹波将会更大。

对于占空比小且输出电流大于3A的降压转换器,建议使用同步整流器。如果您的电源需要大于30A的输出电流,建议使用多相或交错功率级,因为这样可以最大限度地减少组件的应力,在多个功率级之间分散产生的热量,并减少转换器输入端的反射纹波。

使用N-FET时会造成占空比受限,因为自举电容需要在每个开关循环进行再充电。在这种情况下,最大占空比在95-99%的范围内。

降压转换器通常具有良好的动态特性,因为它们为正向拓扑结构。可实现的带宽取决于误差放大器的质量和所选择的开关频率。

图2至图7显示了非同步降压转换器中FET、二极管和电感器在连续导通模式(CCM)下的电压和电流波形。

2

升压转换器

升压转换器将其输入电压升高为更大的输出电压。当开关Q1不导通时,能量转移到输出端。图8是非同步升压转换器的原理图。

图8:非同步升压转换器原理图

公式4计算占空比:

公式5计算最大MOSFET应力:

公式6给出了最大二极管应力:

其中Vin是输入电压,Vout是输出电压,Vf是二极管正向电压。

使用升压转换器,可以看到脉冲输出电流,因为LC滤波器位于输入端。因此,输入电流是连续的,输出电压纹波大于输入电压纹波。

在设计升压转换器时,重要的是要知道,即使转换器不在进行切换,也会有从输入到输出的永久连接。必须采取预防措施,以防输出端可能发生的短路事件。

对于大于4A的输出电流,应使用同步整流器替换二极管。如果电源需要提供大于10A的输出电流,强烈建议采用多相或交错功率级方式。

当在CCM模式下工作时,升压转换器的动态特性由于其传递函数的右半平面零点(RHPZ)而受到限制。由于RHPZ无法补偿,所以可实现的带宽通常将小于RHPZ频率的五分之一到十分之一。请参见公式7:

其中Vout是输出电压,D是占空比,Iout是输出电流,L1是升压转换器的电感。

图9至图14显示了非同步升压转换器中FET、二极管和电感器在CCM模式下的电压和电流波形。

3

降压-升压转换器

降压-升压转换器是降压和升压功率级的组合,共享相同的电感器。参见图15。

图15:双开关降压-升压转换器原理图

降压-升压拓扑结构很实用,因为输入电压可以比输出电压更小、更大或相同,而需要输出功率大于50W。

对于小于50W的输出功率,单端初级电感转换器(SEPIC)是一种更具成本效益的选择,因为它使用较少的组件。

当输入电压大于输出电压时,降压-升压转换器以降压模式工作;输入电压小于输出电压时,在升压模式下工作。当转换器在输入电压处于输出电压范围内的传输区域中工作时,处理这些情况有两个概念:或是降压和升压级同时有效,或是开关循环在降压和升压级之间交替,每个通常以正常开关频率的一半运行。第二个概念可以在输出端引起次谐波噪声,而与常规降压或升压工作相比,输出电压精度可能不那么精确,但与第一个概念相比,转换器将更加有效。

降压-升压拓扑结构在输入和输出端都有脉冲电流,因为任一方向都没有LC滤波器。

对于降压-升压转换器,可以分别使用降压和升压功率级计算。

具有两个开关的降压-升压转换器适用于50W至100W之间的功率范围(如LM5118),同步整流功率可达400W(与LM5175相同)。建议使用与未组合降压和升压功率级相同的电流限制的同步整流器。

您需要为升压级设计降压-升压转换器的补偿网络,因为RHPZ会限制稳压器带宽。

原文标题:如何着手电源设计

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TS4436 TS4436可调0.6V集电极开路分流电压基准

可用 150ppm的/℃的温度系数 内部0.6V±0.5%的精度 低电流消耗: 150μA 低输出饱和电压75毫伏最大。 SINK和GND之间 工业温度范围:-40至+ 105℃ 低电源电压:1.7V 的TS4436是专用于低电压开关模式电源(SMPS)的四终端设备。
发表于 05-20 20:05 133次 阅读
TS4436 TS4436可调0.6V集电极开路分流电压基准

STEVAL-ILL032V1 STEVAL-ILL032V1基于所述STP24DP05BTR多色LED矩阵演示板

每个显示面板4个STP24DP05BTR驱动 8分的面板可以使用串联的扁平带状电缆级联 符合RoHS 在STEVAL-ILL032V1是一个演示板特色的STP24DP05BTR RGB LED驱动器来驱动RGB LED矩阵面板。
发表于 05-20 20:05 58次 阅读
STEVAL-ILL032V1 STEVAL-ILL032V1基于所述STP24DP05BTR多色LED矩阵演示板

STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W离线PFC和LED驱动器演示板具有调光基础上 L6562A

5和EN61000-3-2兼容 EMI滤波器来实现 非隔离SMPS 通用PWM调光输入(外部电路板) 80瓦的LED驱动器 高效率(〜90%) 350毫安700 mA和1所述的LED电流设置 高功率因数:0.982为230 V / 50Hz的AC 亮度调节0和100%之间的 宽输入电压范围:88 V至265 VAC 在照明应用中使用高功率LED的正变得越来越流行,由于在照明效率,更长的寿命,更高的可靠性和总体成本效率迅速改善。调光funtions更容易在发光二极管实现的,它们是更健壮的,并且与其它光源提供更宽的设计灵活性。...
发表于 05-20 20:05 114次 阅读
STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W离线PFC和LED驱动器演示板具有调光基础上 L6562A

STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基于所述STM32F103VET6用于多色LED矩阵演示板主/从控制

与PS2键盘接口用于数据输入单元 与LCD控制单元,用于显示文本和背景色彩选择 8块板可以串接使用扁平带状电缆 3种配置模式:数据输入,音频回放或示范 符合RoHS 在STEVAL- ILL033V1演示板功能作为一个完整的系统的STP24DP05 RGB LED驱动器的能力来驱动RGB LED矩阵显示面板,其显示的控制基板。完整的系统包括一个控制基板和一个RGB LED矩阵显示面板。
发表于 05-20 20:05 63次 阅读
STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基于所述STM32F103VET6用于多色LED矩阵演示板主/从控制

STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基于STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特电机控制电源板™第二系列IPM

电压:125 - 400伏 DC 额定功率:高达700瓦 额定电流:高达4.2 A 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 对于当前两个选项感测:专用的运算放大器或通过MCU 过电流硬件保护 在STEVAL-IPM07F是基于小低的小型电动机驱动电源板-Loss智能模塑模块SLLIMM™2
发表于 05-20 20:05 88次 阅读
STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基于STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特电机控制电源板™第二系列IPM

EVAL6482H-DISC 开发工具 探索L6482电机控制器

范围从10.5 V至为85V 相电流高达7.8 A 均方根 足迹为外部谐振器或晶体 切换电动机输入控制 键开始/左 - 停止/右 - 复位 就绪,忙碌,错误LED指示器 备用LED指标具体设计 在L6482发现是一个低成本的开发工具来探索L6482马达控制器。
发表于 05-20 20:05 117次 阅读
EVAL6482H-DISC 开发工具 探索L6482电机控制器

STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
发表于 05-20 20:05 232次 阅读
STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
发表于 05-20 19:05 152次 阅读
PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB评估板ST25TA系列

使用的印刷电路板用 ST25TA02KB-P NFC /在UFDFPN5ECOPACK®2包RFID标签 19平方毫米单层感性天线,蚀刻在PCB上 非接触式接口 TruST25™数字签名 NFC论坛类型4标签 ISO / IEC 14443类型A 106 kbps的数据速率 内部50 pF的调谐电容,从而实现了小电感天线设计 内存 256字节(2千位)EEPROM与NDEF数据支持 200年的数据保存 百万擦除 - 写周期耐力 128位的密码数据保护 用抗撕裂特征 数字垫 可配置的通用指示输出(GPO),例如,RF场检测 云ST25TA02KB是现成使用的演示板旨在评价T他ST25TA02KB-P设备。...
发表于 05-20 19:05 157次 阅读
CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB评估板ST25TA系列

PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

发表于 05-20 11:05 87次 阅读
PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED测距仪 60米范围内仅重9克 完美的机器人 自动化和智能城市

发表于 05-20 11:05 84次 阅读
TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED测距仪 60米范围内仅重9克 完美的机器人 自动化和智能城市

SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

发表于 05-20 11:05 124次 阅读
SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

发表于 05-20 11:05 110次 阅读
EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1该DHCOM STM32MP15x是我们的可插拔计算机模块系列(SODIMM-200)的一部分 它配备了新的STM32MP1系列处理器

发表于 05-20 11:05 440次 阅读
DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1该DHCOM STM32MP15x是我们的可插拔计算机模块系列(SODIMM-200)的一部分 它配备了新的STM32MP1系列处理器

FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用于NFC和RF-ID的小柔性片天线 结合了我们的高性能磁座

发表于 05-20 11:05 79次 阅读
FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用于NFC和RF-ID的小柔性片天线 结合了我们的高性能磁座

STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基于STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的电机控制电源板

电压:125 - 400 VDC 额定功率:高达1500W的 允许的最大功率是关系到应用条件和冷却系统 额定电流:最多6 A 均方根 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 电流检测两个选项:专用的运算放大器或通过MCU 过电流保护硬件 IPM的温度监测和保护 在STEVAL-IPMM15B是配备有SLLIMM(小低损耗智能模制模块)第二串联模块的小型电动机驱动电源板第二系列n沟道超结的MDmesh™DM2快速恢复二极管(STIB1560DM2T-L)。它提供了一种用于驱动高功率电机,用于宽范围的应用,如白色家电,空调机,压缩机,电动风扇,高端电动工具,并且通常为电机驱动器3相逆变器的负担得起的,易于使用的解决方案。...
发表于 05-20 10:05 78次 阅读
STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基于STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的电机控制电源板