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产品类别:AVR智能型稳压器

产品名称:汇总DCDC稳压器模通比牛牛块时必须注意的错误

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  IR 压降最容易被小看,但却是最容易筹划的。尽管 DC/DC 稳压器输出与其负载之间仅有几毫欧电阻,也也许导致这些单位的供电电压降落 10 毫伏或以上。也许这看似微亏折道,但当标称 DC 电源轨仅为几伏时,就也许爆发明显的影响。

  但请贯注,长途检测并不是灵丹灵药。现实上,它正在电源和负载之间安置了一个大型反应回途。通比牛牛若是您将电源稳压器视为一种功率运算放大器,那么此反应环途会将电源大白正在噪声和 EMI/RFI 之下,从而影响闭环功能。乃至,这种环途的存正在还也许导致稳压器不不乱和振荡。于是,正在实行长途检测时必需细致研讨构造。

  正在某些情形下,IR 压降仍旧是不行领受的,于是需求操纵包蕴长途检测的专用稳压器架构。这里,稳压用具有两个用于电流供给和返回的古代端子,另外还具有两个连绵正在负载上的检测端子,用于衡量该负载处的现实电压。该稳压器操纵此检测值行动反应来调整其输出电压,以赔偿压降的影响(图 1)。

  图 1:长途检测许诺直流电源直接正在负载处衡量现实的轨电压,并凭据需求动态赔偿任何 IR 压降或其他改观。(图片起源:Analog Devices)

  最先,有少许好音尘。这些摆设的运转恶果相对较高,大凡正在 80% 至 95% 之间,的确取决于特定的型号和任务点。固然输出电流处于中等程度,但计划职员仍需求举办根基的热剖判和散热剖判,以确保器件坚持正在额定温度限制内,而且不会为体例增补过众的冷却义务。

  有五个苛重的合怀点:1) IR 压降;2) 隔绝;3) 输出可调性;4) 开合噪声;以及 5) 低阻抗返回途途。第一步,正在拣选特定的 DC/DC 稳压器之前,计划职员应当先验证非稳压 DC 电源或许供给足够的电流,同时要研讨到也许再有其他 DC/DC 单位也依赖于该电源。另外,还要确保电源的动态功能足以满意较高的电流瞬态负载需求,苛重是由于这些稳压器没有大容量输出电容器。

  然而用户需求剖析到,必需正在相合稳压器标称 DC 输出电压的任何筹划中研讨到电压扶植电阻器的不乱性和温度系数以及热任务情况。正在较高温度下,DC 电源轨也许会漂移出负载规格限制。于是,为此效力拣选具有低温度系数的电压扶植电阻也许是明智的或是须要的,而不是操纵像上拉电阻如许的通用器件,后者也许只适合其他非要害效力。

  最先,它挨近负载,可下降电源轨电阻和噪声拾取。其次,输出电流仅为几安培,也下降了 IR 压降。于是,与操纵单个较大的 10 安培单位比拟,安插众个此类单位能够供给更大的构造活络性、下降 IR 压降、节减噪声拾取、进步分散式散热以及其他体例级上风。

  比如,Texas Instruments的LMZM33602电源模块采用相对较小的扁平封装,将降压转换器与功率 MOSFET、樊篱式电感器和无源器件组合正在一道,可供给 1 至 18 伏电压,电流最高可达 2 安培(图 1)。它只需求四到五个非要害的外部无源元件,并清除了稳压器计划的环途赔偿和磁性题目。

  LMZM33602 采用 QFN 封装,尺寸仅为 9 mm × 7 mm × 4 mm,可轻松贴装正在负载元件或子电途相近。如许做能够通过两种体例最小化 IR 压降。

  但是,因为小巧且一律合规和经由认证的隔绝式 DC/DC 模块(比如 Analog Devices 的LTM8047,图 3)的闪现,计划职员能够正在很大水准上制服这个题目。操纵隔绝反激拓扑,可供给 725 VDC的隔绝。

  图 4:因为物理定律和干系法则哀求,供给隔绝时哀求正在输入和输出之间存正在用于物理隔绝的间隙;Analog Devices 的 LTM8047 尺寸增援 750 伏特的隔绝,足以满意很众利用局势的需求。(图片起源:Analog Devices)

  为了尽也许节减 IR 压降;设立更好、更低电阻的体例接地;并最大节制节减也许影响较高频率功能的接地机合中的寄生效应和非直流阻抗,如许做与高压侧 DC 电源轨自身相似苛重。当然,无论物理 DC 电源轨和接地何如,苛重的是要让低阻抗、低值旁途电容器尽也许挨近 IC 电源引脚或引线,同时最大节制节减电源轨上的噪声干系题目。

  比如,Linear Technology Corp/Analog Devices 的LTM4601Module®可通过 4.5 到 20 伏的 DC 输入供给 0.6 到 5.0 伏之间的最高 12 安培的大电流。正在这种较高的电流之下,IR 压降也许会影响体例功能和行径同等性。操纵长途检测,该模块能够校正印刷电途板正在 VOUT和 VLOAD之间的 IR 压降电压耗损,以及接地返回途途。于是,纵然线途、负载和温度存正在改观,但 LTM4601 仍可确保负载的电压精度抵达 2.0% 或更高。

  这些现成的 DC/DC 稳压器很少供给固定的预设电压。用户能够操纵由一对电阻器组成的分压器来扶植电压。如许做有诸众所长:能够正在很众场所操纵沟通的稳压器,从而简化了 BOM;输出电压能够“上调”几 mV 以赔偿 IR 压降(正在很众情形下,这不是举荐的做法,但相当常睹);而且能够向上调整输出电压以适宜模仿电途中的所需扶植,更加是射频,个中涉及指定功能与功耗的量度(高电压供给更好的 SNR 和更宽的带宽,但价钱是会增补功耗)。

  请贯注,电阻和开合频率之间的合连短长线性的,且不是太精准。因为此来由及其他少许来由,MAX17536 能够扶植为与外部电源同步,而不是按其电阻扶植的频率任务。如许还能避免与体例中的其他时钟源产生不测的频率同化以及由此爆发的拍频,后者也许导致细小且难以诊断的题目。

  对电流隔绝的需求(即电途的两个局部之间没有任何电阻途途)也许正在某种水准上是有利的,或者是强制性。清除体例接地回途也许有所助助,由于也许需求连绵“浮动”(非接地)变送器,或者必需如许做以确保高压电途与医疗工具用户之间的和平性。看待很众计划职员而言,这种隔绝的须要性或感化要么不真切,要么难以领会。

  计划职员平素正在寻找符合的即用型代替品,以供给 1 至 10 安培中等强度电流限制的低压 DC 输出轨,同时满意根基的功能主意以及恶果和法则哀求。固然供应商现正在供给很众符合的小型 DC/DC 转换器/稳压器来满意这一需求,可是不应假定它们只是能够小看的“代替品”。

  另一种最小化 IR 影响的办法是正在挨近各个负载的场所操纵众个较小的稳压器,而不是鸠集正在某个场所安置一个较大的稳压器。这会爆发一个合于有形“本钱”的经典量度题目,即操纵两个或以上较小、较省钱的单位依然一个较大、较腾贵的单位。固然 BOM 本钱区别是能够量化的,但拣选一个大型器件与众个小型器件的技艺影响则难以评估,需求剖判以及判别和体验。

  正在其尺寸为 11.25 mm × 9 mm × 4.92 mm 的轻微 BGA 封装内,封装了开合限度器、电源开合和全盘增援元器件,以及隔绝变压器的重心元件(图 4)。它能够从 3.1 至 32 伏的宽输入电压限制供给 2.5 至 12 伏的输出(永远处于降压形式)。纵然它只可供给中等强度电流,正在 2.5 伏直流电压下为 440 毫安 (mA),但这足认为很众隔绝的子电途和变送器前端供电。

  这些完好、小巧的 DC/DC 转换器可清除计划低压、中等强度电流(1 安培或以下至 10 安培之间)电源时存正在的大局部危急和棘手题目。然而,与任何元器件相似,会有少许公认的根基法规,而且大凡只要根据这些法规技能实行告成安置,阐扬其全体潜力并避开“圈套”。

  本文将真切并斟酌这些苛重的根源因素。然后,本文还将先容众种模块化电源办理计划,并讲明何如利用这些重心准则,以充满操纵每个办理计划。

  某些 DC/DC 稳压器供给的另一项扶植效力是拣选开合频率(全盘这些稳压器都操纵开合拓扑;出于恶果和尺寸的来由,它们都不是低压差稳压器,即 LDO)。比如,Maxim Integrated的MAX17536可通过单个电阻举办扶植,任务正在 100 千赫 (KHz) 至 2.2 兆赫 (MHz) 的宽频率限制内(图 5)。如许便可对其举办扶植,以避免其开合噪声对存正在频率重叠的相近电途爆发影响,比如 550 至 1600 kHz 的 AM 无线电频段,或者规避开包蕴干系信号的特定窄带。

  正在确定元器件、I/O 端口和潜正在热源的场所时,计划职员大凡必需面临百般相互冲突的印刷电途板构造哀求。就这方面而言,电源稳压器也许即是一个具有离间性的摆设。理思情形下,它该当挨近负载安置,以最大节制地节减 IR 压降和噪声拾取,同时节减糟蹋空间的大面积印刷电途板走线(用于通过电流)的需求。

  先不研讨根基道理何如,有一个往往被小看的实情是隔绝子电途也需求隔绝电源,该电源大凡坚持相对较低的电流程度。过去,尽管对低电流隔绝电源的需求也需求巨额的电途板空间,与其他效力比拟,其 BOM 本钱大凡过高。拣选“自修”的途径而不是“购置”大凡是不行行的,由于隔绝计划正在计划或安装方面都有很大影响。另外,看待很众利用而言,需求对隔绝计划和物理实行举办测试和认证以满意行业和羁系规范。这是一个腾贵而纷乱的流程。

  图 3:元器件、拓扑机合和封装方面的发展使得 Analog Devices 的 LTM8047 稳压器模块或许供给电流隔绝,满意其额定电压对应的全盘干系羁系规范,但正在用户看来,它好像是古代的非隔绝器件。(图片起源:Analog Devices)

  为什么如许说?纵然它们看起来并不纷乱,但这些稳压器仍旧是为负载供给中等强度电流的电源。就模块而言,全盘计划职员需求做的只是增加几个外部的非要害无源器件。可是,这种容易也许会让计划职员自命不凡,导致他们漠视影响全盘电源及其电源轨的根源因素。

  图 2:操纵众个像 Texas Instruments 的 LMZM33602 如许较小尺寸、较低电流的稳压器也许会增补 BOM,但同时也能够简化构造并正在 IR 压降和噪声方面改观功能。(图片起源:Texas Instruments)

  于是,印刷电途板走线的尺寸必需妥善,也能够安置正在稀少的印刷电途板上。该当研讨操纵细母线。母线好像是一种陈腐的办理计划,但它们尽头有用,来由有两点。最先,它们能大幅下降 IR 压降。其次,以较少的异常 BOM 本钱即可操纵双层母线,从而取得优异的直流接地返回途途。

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