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如何实现更高效的电源管理?

Robot Vision 来源:电子发烧友网 作者:李宁远 2022-05-07 00:53 次阅读

随着电子电路的发展,电源体积趋向模块化和小型化。对电源进行管理的模块主要电路集成在芯片中,其集成度也越来越高,能实现隔离保护等等多种功能,可以说电源管理已经成为电子产品中相当重要的好坏因素。以往,高效电源管理往往需要让位于其他设计因素。但是随着其重要程度越来越高,情况早已有所不同。


延长电池寿命、减小应用尺寸、提高系统安全性,以及满足消费者对于更可靠、成本更低和充电更快的系统的期望等诸多因素,都使得设计人员需要集中更多的精力去解决关键的电源设计难题。要突破电源极限,无外乎从这几个方向着手,开发新的工艺、封装和电路设计技术。如果这么描述不够直接,我们可以更直观地从能实现的效果来看,诸如功率密度的提高、电磁干扰的减少、电源信号完整性的增加等等。

更小的空间,更大的功率

功率密度肯定是最想考虑的问题,第一个发展趋势就是尽可能在更小的尺寸里实现更大的功率,从而以更低的系统成本增强系统功能。这个趋势随着使用者对于电源的要求越来越多愈发明显,电路板面积和厚度已经成为功率密度提高的最大限制因素。电源设计人员必须向其应用中集成更多的电路,才能实现芯片产品的差异化并提高效率,另外这也会明显增强器件的散热性能,实现更小的散热量。

为了实现这个目标,其一需要更高的效率,其二需要更高的开关频率。氮化镓IC可以提供相当出色的开关性能,同时有些氮化镓IC会集成硅驱动器,集成氮化镓IC的驱动器与分立式硅栅极驱动器相比能够实现更高的开关SOA。出色的开关性能对于减少器件产热是很有效果的,对于电源节点电压的处理是另一个减少器件产热的有效办法,将电源处理节点电压控制在更小的范围内能够显著降低器件产热,目前整体的趋势是往小于100V在做。

通过封装创新来实现更高的功率密度是另一种思路,同样也很重要。晶圆芯片级封装WCSP可以将负载开关的占用空间尽可能做小,采用硅芯片将焊球连接到底部。这种封装最小化了外形尺寸,用于输入和输出引脚的焊球数量限制了负载开关可以支持的最大电流。采用引线键合技术的塑料封装将管芯连接到引线使更多的电流从输入流向输出,为自热提供良好的散热特性。不过这种封装有一个问题,引线键合塑料封装需要很大的空间用于键合线本身,与芯片尺寸本身相比需要更大的封装。这就需要在功率和尺寸上做取舍了,仁者见仁智者见智。

优化静态电流,拓展电源功能并延长寿命

我们总是希望电源能够在提升性能、提供更多功能的同时不影响续航时间。这应该是很多应用里都希望能实现的电源管理模式——既是多功能的又是低功耗的。通过芯片来管理低静态电流是在不影响系统性能的情况下,延长电池寿命和存储时间的有效办法。

很简单的道理,应用中尽可能限制电流的前进,然后在不需要使用它时将其关闭。一般来说,经过优化的低静态电流往往能使设备延长几年的使用寿命。即使是没有连接到电池的应用,因为要将更多功能放入电路板上的更小区域中,这同样需要降低静态电流来降低所有模式下的功耗。

滤除噪声,提高精度

噪声与精度的纠缠是老生常谈了,如何降低噪声提升精度是所有元件都要面对的共同问题。

从系统级的噪声消除上看,通过高电源抑制比(PSRR)低压降稳压器(LDO)和片上滤波实现更高的系统级抗干扰和抗噪性能是行之有效的办法,高PSRR可实现更好的滤波以及更低的输出噪声。低噪声(<5µVRMS)输出可大限度地降低低频噪声,保持电路的信号完整性。

降低噪声的一种方法是降低LDO带宽,这可以通过降低LDO内部误差放大器的带宽。但是降低误差放大器的带宽不可避免会降低LDO瞬态响应速度。另一种方法是使用低通滤波器,此滤波器的截止频率设置得越低越好,从而滤除几乎所有的带隙噪声。

工艺在其中也扮演了相当重要的角色,工艺的非理想因素是影响IC的一大误差源。借助基本的低噪声工艺技术、先进的集成电路设计和低应力封装,能减少集成电路误差源。

小结

降低EMI是实现更高效的电源管理里一个比较宽泛但是不能不重视的方向。没有任何电子系统希望受到高电磁干扰,但又只能尽可能抑制。有源EMI滤波器和双随机展频(DRSS)或许能给高效的电源管理一些思路。

有源EMI滤波器检测输入总线上的噪声或纹波电压,并注入异相消除信号以减少干扰。DRSS将低频三角调制与高频随机调制相结合,可分别在低频和高频频带上降低EMI。

新的工艺、封装和电路设计技术不断推动着电源管理的发展,更高效的电源管理无疑会在这几个方向上下功夫。

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    发表于 05-20 20:05 320次 阅读

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    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 20:05 165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

    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 20:05 239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

    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 20:05 168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

    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 20:05 254次 阅读

    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 20:05 254次 阅读

    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 20:05 414次 阅读

    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 19:05 447次 阅读

    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 19:05 330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

    发表于 05-20 11:05 250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

    发表于 05-20 11:05 214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!

    发表于 05-20 11:05 273次 阅读

    EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

    发表于 05-20 11:05 276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

    发表于 05-20 11:05 579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

    发表于 05-20 11:05 488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

    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 10:05 242次 阅读