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高效率和低静态电流新型绿色电源的POL DC/DC转换器设计方案

2017年12月07日 14:50 次阅读

由电池供电的便携式产品制造商也面临着日益增大的压力,他们要将更多功能塞进外形尺寸已经受限的产品中,同时还要获得更长的电池工作时间。例如,大多数便携式媒体播放器(PMP)都有视频和MP3播放功能。因此,内部电子电路需要多种具有不同功率级的低压输出轨。很明显,导致这一结果的主要原因是,大多数大规模数字集成电路的工作电压是1.2V或更低,而同时存储器和I/O电压需求可能在2.2~3.3V之间。这样,直接对锂离子电池使用多个单POL DC/DC转换器越来越不实用了,因此系统设计师正在采用更加集成化的方法。
  

与传统线性稳压器相比,同步降压型转换器在电池工作时间上有极大改进,因为它提高了转换效率。这类转换器一般具有95%的转换效率,而且几乎无须任何散热措施。然而,这种高效率是以占用更多电路板空间为代价的,因为每个通道都要增加一个电感器,因此保持最小总体解决方案占板面积极其重要。通过将多个通道整合到一个同步降压型解决方案中,这些通道就可以全部用一个输入电容器工作,从而可保持解决方案占板面积最小。
  

为什么需要绿色电源

最近,“绿色环保”概念广为流行,在新闻媒体中有大量报道。结果,大多数工业化国家普遍接受了需要节约能源这一观点。这是因为,随着这些国家人口的增加,他们对能源的需求也增加了,他们需要给新房子的加热/冷却系统、照明和家用电器供电。不仅建立新的发电设施耗费大量金钱,电能产生后向用户供电的成本也很高。据观察,与建立新的发电设施相比,将大多数家用电器的电流能耗降低15%~20%是更经济的做法。

由于建立新的发电设施成本很高,因此很多国家已经采用了所谓的“绿色政策”,以此鼓励制造商在最终产品中纳入节能技术。在这种政策激励下,很多电源管理产品供应商在提高产品电源转换效率和降低产品在备用模式时的功耗方面取得了很大进步。

就用于节能型DC/DC转换器的电源管理集成电路而言,必须具有两个主要特点。首先,必须在宽负载电流范围内具有非常高的转换效率。其次,在备用和停机模式时必须有低静态电流。
  

就很多嵌入式系统而言,在电压日益降低的情况下不断提高电流这种需求,继续推动着电源系统的发展。在这一领域取得的很多进步都可以追溯到电源转换技术领域取得的成果,尤其是电源集成电路和电源半导体的改进。总的来说,这些组件允许以对电源转换效率影响最小的方式提高开关频率,为提高电源性能做出了贡献。能够做到提高开关频率并对效率影响最小,靠的是降低开关和接通状态损耗以及容许高效率地去除热量。不过,向较低输出电压迁移给这些因素带来了更大的压力,这又导致了极大的设计难题。
  

多相工作被认为是用于转换拓扑的一般性术语,在这些拓扑中,用两个或更多转换器处理单个输入,转换器相互同步,但以不同的锁定相位工作。这种方法减小了输入纹波电流、输出纹波电压和总的RFI特征,同时在输出电压完全稳定的情况下允许单个大电流输出或多个较低电流输出。就用一个单片器件提高输出电流能力而言,它还允许使用较小的外部组件,因为多个较小的MOSFET可以非常容易地“在芯片上”制造出来。

图1 LTC3425将两节镍镉/镍氢金属电池电压提高到3.3V

尽管降压型转换器应用更加普遍,但是多相拓扑可以配置成降压、升压甚至是正激式。今天,从12V输入至1.xV输出的转换效率高达95%是寻常之事。此外,通过运用一种脉冲跳跃、脉宽调制(PWM)技术,还可以轻松地在横跨多个数量级的负载电流范围内实现高效运作。这还有一个附带的好处,即向负载提供小电流时能够获得低静态电流。通常情况下静态电流在几十μA范围内。
  

用于嵌入式系统的方案与用于电池供电的手持式设备的方案没有太大不同,可能的例外是,很多便携式应用对组件高度有严格限制。这可能成为电源转换器的难题,因为电感器和滤波电容器通常属于最高的组件。然而,多相架构非常适用于这类应用,组件高度甚至降低到仅为1.5mm。
  

不同模拟集成电路供应商提供的很多单片多相转换器与可比较的单相转换器相比,尺寸会更小,高度更低,能以更高效率和更低输出纹波提供超过10W的输出功率。
  

例如,考虑单片、同步、高开关频率(每相高达2MHz)、四相电源集成电路架构。这类产品的一个例子是LTC3425,如图1所示。它允许使用多个体积小、成本低的电感器,而不是单个又大、又笨重的电感器,而且与同类单相电路相比,需要少得多的输出滤波器电容,因为有效的输出纹波频率高达8MHz。此外,所需的全部功率MOSFET都在芯片内。这非常适用于需要使用扁平组件以及空间受限的电路板和便携式设备。
  

另外,用多相方法设计转换器与设计传统单相转换器没有不同。所有电源开关都在内部,因此四相工作是透明的。所有四相的限流值和开关频率都可以非常容易地用单个电阻编程,就像在单相设计中一样。类似地,输出电压设置和环路补偿与其他熟悉的DC/DC转换器设计也没有不同。
  

这种类型POL转换器的同步四相架构在宽负载范围内实现了高效率,同时允许使用扁平的组件。最后,由于输出纹波电流以4:1的比例降低,因此用小尺寸和较低成本的陶瓷电容器就可实现非常低的输出电压纹波。
  

结语

由于在机箱内空间有限和冷却等多种限制因素,以及需要正确的电源跟踪,以提高系统可靠性,几乎任何系统的POL DC/DC转换器设计师都面临着很多难题。尽管必须克服大量限制因素,设计师们还是有路可走的,不同模拟集成电路制造商最近推出的很多稳压器,可提供简单、紧凑、高效率和功能丰富的解决方案。

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LTC3780是一款高性能降压-升压型开关稳压控制器,可在输入电压高于、低于或等于输出电压的条件下运...

发表于 2018-02-21 12:05 117次阅读
基于LTC3780的电源故障保护电路及功率开关电...

如何以全模拟控制的降压和升压转换器实现稳压输出

电路图降压转换器的输入电压范围为8至16V DC,输出端为5V DC、2A和10W。代码大小105个...

发表于 2018-02-19 05:11 513次阅读
如何以全模拟控制的降压和升压转换器实现稳压输出

SDS2000的电源分析功能详细介绍

由于每个特定的电压和电流探头具有不同的传输时延,电压和电流探头之间的定时时延误差会对功率测量产生极大...

发表于 2018-02-17 01:56 799次阅读
SDS2000的电源分析功能详细介绍

电源伏安特性曲线的意义详细解析

电源伏安特性是电源固有特性,是关于负载变动的情况下,电源输出电压、电流关系函数特性。画在坐标轴内,有...

发表于 2018-02-12 10:00 641次阅读
电源伏安特性曲线的意义详细解析

航天航空领域上的电源系统的作用详解和选择要点

对于航天航空电源系统的测试和试验主要采用在设定工况下对电源系统进行测试。如果采用传统的单机测试方式,...

发表于 2018-02-10 01:56 480次阅读
航天航空领域上的电源系统的作用详解和选择要点

ICL7107ADC在智能仪器中的应用

ICL7107是一种能直接驱动数码管显示器的3音位单片A/D转换器。本文主要介绍了转换器ICL710...

发表于 2018-02-09 17:12 262次阅读
ICL7107ADC在智能仪器中的应用

icl7107中文资料详细(icl7107引脚图...

本文主要介绍了icl7107中文资料详细(icl7107引脚图及功能_工作原理及典型应用电路图)。双...

发表于 2018-02-08 17:12 806次阅读
icl7107中文资料详细(icl7107引脚图...

设备中的PLC故障点解析以及处理方法

1在继电器、接触器上的故障点 此类为最为多发的故障点。如生产线plc控制系统的日常维护中,...

发表于 2018-02-08 15:17 867次阅读
设备中的PLC故障点解析以及处理方法

24v升压电路图汇总大全(五款模拟电路设计原理图...

本文主要介绍了24v升压电路图汇总大全(五款模拟电路设计原理图详解),基于串联模式的24V转75V升...

发表于 2018-02-07 10:02 1278次阅读
24v升压电路图汇总大全(五款模拟电路设计原理图...

常见电源模块使用异常故障问题分析

电源模块凭借其模块化的设计,让用户能够最大程度的缩减产品的设计开发周期,其用法简单,但大家真的会用电...

发表于 2018-02-07 01:29 365次阅读
常见电源模块使用异常故障问题分析

继电器,接触器实现自动切换的方法解析

主线路有电的时候,继电器吸合,常开触点闭合,主线路导通。常闭触点断开,备用电源不工作。当主线路断电的...

发表于 2018-02-06 15:34 2060次阅读
继电器,接触器实现自动切换的方法解析

电脑电源怎么选?十大电脑电源品牌介绍

测试电源好坏的方法:把电源从主机上取下来,接电源线,在插主板上面的20P(24P)插头上面找到绿色线...

发表于 2018-02-06 11:53 2339次阅读
电脑电源怎么选?十大电脑电源品牌介绍

分布式电源的配电网N-1安全校验方法简介

分布式电源的接入对提高配电网供电安全性具有十分重要的作用和积极的影响。分布式电源接入配电网的容量和位...

发表于 2018-02-06 11:31 175次阅读
分布式电源的配电网N-1安全校验方法简介

60v转12v转换器电路图(五款模拟电路设计原理...

本文主要介绍了60v转12v转换器电路图(五款模拟电路设计原理图详解)。直流电压通过推挽式变换逆变为...

发表于 2018-02-06 09:01 1855次阅读
60v转12v转换器电路图(五款模拟电路设计原理...

Infineon IDP2303120W PFC...

infineon公司的IDP2303是多模式PFC和LLC控制器,集成的数字引擎提供用于多模式工作的...

发表于 2018-02-06 04:47 145次阅读
Infineon IDP2303120W PFC...

Vicor与NuPower结为合作伙伴:扩大在中...

Vicor公司(NASDAQ:VICR)公布与电子代理商NuPower达成新的合作伙伴关系。 这新的...

发表于 2018-02-05 07:35 710次阅读
Vicor与NuPower结为合作伙伴:扩大在中...

12伏变36伏的转换器电路大全

本文主要介绍了12伏变36伏的转换器电路大全。DC-DC转换器是开关电源中最常见的一种,由二极管,三...

发表于 2018-02-03 15:18 542次阅读
12伏变36伏的转换器电路大全

48转12伏转换器电路图大全

本文主要介绍了48转12伏转换器电路图大全,重点分析了六款转换器电路供大家参考。LT8705是一款高...

发表于 2018-02-03 15:01 954次阅读
48转12伏转换器电路图大全

2017-2020年中国电源市场规模走势解析

需求往往是推动创新的源泉,无论是时尚、金融亦或是我们熟悉的 电源 领域都存在这样的现象。抓住了用户需...

发表于 2018-02-01 07:13 466次阅读
2017-2020年中国电源市场规模走势解析

确保多重FPGA电轨依正确顺序关闭,可避免装置因...

确保多重FPGA电轨依正确顺序关闭,跟确保开机程序是否正确一样重要,可避免装置因电压状态无法判断而提...

发表于 2018-02-01 05:30 286次阅读
确保多重FPGA电轨依正确顺序关闭,可避免装置因...

36瓦led灯电源电路图大全(五款模拟电路设计原...

本文主要介绍了36瓦led灯电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解),LED灯在使用时需要多颗灯...

发表于 2018-01-31 17:23 2133次阅读
36瓦led灯电源电路图大全(五款模拟电路设计原...

反激式转换器工作原理以及反激开关MOSFET源极...

反激式转换器在正常工作情况下,当MOSFET关断时,初级电流(id)在短时间内为 MOSFET的Co...

发表于 2018-01-31 16:13 1320次阅读
反激式转换器工作原理以及反激开关MOSFET源极...

led灯220v电源电路图大全(七款模拟电路设计...

本文主要介绍了led灯220v电源电路图大全(七款模拟电路设计原理图详解),220V交流电经电容限流...

发表于 2018-01-31 12:01 3971次阅读
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led应急灯电源电路图大全(六款模拟电路设计原理...

本文主要介绍了led应急灯电源电路图大全(六款模拟电路设计原理图详解),应急照明系统以自带电源独立控...

发表于 2018-01-31 11:02 1419次阅读
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led灯驱动电源电路图大全(六款模拟电路设计原理...

本文主要介绍了led灯驱动电源电路图大全(六款模拟电路设计原理图详解)。LED是低压发光器件,具有长...

发表于 2018-01-31 10:04 6920次阅读
led灯驱动电源电路图大全(六款模拟电路设计原理...

简易电子琴设计电路图大全(八款模拟电路设计原理图...

本文主要介绍了简易电子琴设计电路图大全(八款模拟电路设计原理图详解)。音调主要由声音的频率决定,乐音...

发表于 2018-01-31 09:37 1248次阅读
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