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微型模块重新界说DC/DC电源稳压器

宣布时间:2018年07月04日 11:07    宣布者:eechina
要害词: 微型模块 , 电源稳压器
作者:比尔•施韦伯   贸泽电子

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当今应用现有的组件、参考设计、工具和资原本设计一个基础且好用的DC/DC电源稳压器(或称为电源转换器)曾经不是一件难事了,设计者须要将合适的控制IC、MOSFET晶体管、驱动电路和一些无源器件组合起来,现实上所有设计就完成了,能够对输入DC直流电压阻拦转换和稳压同时输入DC直流电压(见图1)。

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图1:准绳上讲稳压器的功效异常的质朴清晰了了:接纳稳固的DC输入电源,经由严酷的调治后输入直流电压供应给系统应用

可是这只是现实上的,我们还面临着严酷的现实,作一个“相对好的”设计曾经不再够用了,虽然这样的设计能够知足一些基本的性能参数,好比输入精度、稳压效果等,然则要记着这些“基本的”参数只是现代稳压器必须具有的一小部门,此外对静态性能、种种负载的效力和电磁滋扰/射频滋扰(EMI/RFI)等方面日趋苛刻的请求也愈来愈严酷。

我们来议论辩说一下电源稳压器浩荡请求中一些要害点,首先就是在详细的输入电压请求下能够供应足够的电流,容差在1%到3%(尺度规模),有些情形请求更严酷。然后是静态性能须要对线路和负载的变换作出快速照顾,然则要想摇动或许不稳固性降低到最小,稳压器还必须具有针对种种误差的掩护功效,好比过电流(网罗负载短路)、过电压/欠电压和过热等情形。

出于多种启事,效力和EMI/RFI尺度通常是最难以知足的,首先这些请求都异常严酷,此外这些尺度因国家和地域存在差异,是以须要周全认真的来明确。为了使其更具寻衅性,电源的效力必须知足激活、待机等其他操作形式下的请求,此外效力和EMI/RFI性能都必须由适当的实验室或许机构阻拦测试和认真,PCB结构和BOM清单一个小的变换都邑影响效力和EMI/RFI的性能,是以须要周全的测试认证。

除这些基本的性能请求外,稳压器还必须确保体积小、资源低、BOM器件质朴、电源相关组件的临盆组装历程当中不存在特另外法式模范(特殊是手工操作),好比电容电阻、MOSFET或IGBT和散热片等,这些需求之间会存在交集和抵触,是以有用的权衡剖析和协调是必弗成少的。

从功率品级泉源

虽然着实不是所有电源稳压器设计都很艰辛,然则设计和着手制造的难度随着功率/电流的增添而赓续增添,关于供应低于1A或2A电流的低功率电源设计相对质朴,这样的设计可以应用市场上浩荡可用的高压降(“线性”)的稳压器(LDOs)或许开关稳压器,这些组件的性能也是适中的,年夜多数情形下都能够知足设计性能参数。

中等功率规模的设计所面临的寻衅在赓续增添,特殊电流规模在2A到10A之间,随着电流和元件变得愈来愈年夜,之前小型化设计的效果和弱点就被徐徐镌汰年夜,厂家供应的参考设计经由测试和验证,一泉源我们接纳这些设计虽然是便利的,然则着实不保证适用所有的场景。

关于接纳数十安培或许更高电流规模的应用,其电源稳压器的设计和制造艰辛会呈指数级增年夜,这些设计须要接纳更年夜体积的元件、更多的功率耗散、更高的IR辐射,而且增添了EMI/RFI的潜在效果,简而言之,有太多的因素使稳压器设计完成变得艰辛,一些组件能够须要装配支架或许螺丝、更年夜的散热片,设计空气流通蹊径,在更高电流下阻拦性能测试很艰辛,由于主若是测试设计能否切合更严酷的效力和EMI/RFI请求。

假定电源必须是电气隔离的(安然和性能方面经常请求这些),设计必须切合高压隔离尺度和各子部件之间的兼容请求。

因其中端高功率的稳压器设计职员们经常面临产物面市须要更长的时间,更昂贵的BOM和高度的不愿定性和风险,由于稳压器的性能在终端产物设计中显得愈来愈主要,特殊触及到产物的吸收度和推行方面。现实上假定只供应一个“空缺的”设计完成而没有一个好的参考设计作为终点那么无疑会见临艰辛的寻衅,纵然有参考设计,随着电流(或功率)的增添会泛起严重年夜的调试等效果。

虽然关于MIY(自己设计)也有一些取代妄图,好比购置完全的稳压器设计。传统上制造和购置的界线是凭证2A和10A电流来划分的:低于2A可以自己设计制造,高于10A可以选择购置成熟的设计。这取决用于甚么场景从而作出一定的让步。在年夜多数情形下,购置选项通常要推敲到种种模块的体积和特殊值等,而且浅易都是(但不总是)封装在环氧树脂的黑盒中,这些模块会供应基本的功效和必须的性能,然则浅易体积相对较年夜、较量重、不无邪,而且唯一多数模块可供选择。

新的购置选择供应了新的视角

除“自己制造”和“购置妄图”两种措施以外,尚有一种替换妄图可以处置赏罚赏罚年夜部门中端系统和它们所面临的日趋严酷的效力效果、EMI/RFI和市场压力等:替换妄图就是接纳凌力尔特公司(LTC)推出的μModule®系列高性能调治器,现在凌力尔特公司(LTC)隶属于ADI公司。如图2所示,这些嵌入式器件联络了先进的设计、组件和封装从而战胜模块化的效果和一些限制,关于须要“自己制造”的设计场景有了更多的选择,然则只关于那些低于2A的低电流应用才有现实意义。

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图2:μModule DC/DC调治器取代了严重年夜的PC板卡,不须要再应用有源和无源的分立式元件,事实是一个质朴微型的嵌入式器件(泉源:凌力尔特)

现在μModule 模块由逾越100多个不合的单元组成,共分为15个系列,知足种种应用处景的性能需求,此外它有逾越30种微型封装,器件面积从6.25 × 6.25mm到16 × 11.9mm,高度从1.82mm到5.02mm,每个μModule都是一个周选集成的DC/DC电源处置赏罚赏罚妄图,作为完全的系统级封装它具有:电感、MOSFET、DC/DC稳压器IC和其他支持的组件(见图3),其输入的电流规模从2A到20A,电压规模从1.8VDC到58VDC。

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图3:每个μModule单元都网罗须要的电感、MOSFET、稳压器IC和所有支持的组件,它是一个高度集成的封装单元(泉源:凌力尔特)

可是μModule单元不只仅是质朴基本的DC-in/DC-out稳压器,现在供应的版本还网罗以下功效特点:
•        超低的噪声,可知足某些应用严酷的EN55022 Class B品级请求
•        无缝降压-升压转换,这在电源电压标称输入值(完全充电)到低于该值(放电)的规模内时是异常主要的。
•        单个μModule支持多路输入(2/3/4或5路),允许输入电流共享,在开关操作和输入序次上电历程当中保证电流负载
•        数字输入/输入(I/O)接口,经由历程串口总线可以对这些稳压器阻拦“读取”状态和“写入”设置操作,这些情形下可以阻拦亲近的检测和控制
•        远程感应可以抵消在较高电流的情形下稳压器输入和负载之间IR降低的影响
•        多个μModule稳压器之间支持电流共享(或并联),供应高功率同时向负载匀称分配电流
•        极性反转,在给定输入电压是正的情形下,稳压器输入必须为负极
•        可调谐赔偿,凭证负载特点和输入电容类型、数目来调剂赔偿来完成准确的输入和瞬态照顾,从而完成稳压器的环路改变照顾
•        超薄封装,是以稳压器器件才可以慎密的装配在电路板底部,或许嵌入在FPGA(可编程门阵列)或ASIC(公用集成电路)之间,此外还可以放在散热器/冷却板的顶部。

两个μModule应用示例展示了功效特点的多样性


鉴于μModule产物的15个系列具有云云多的器件,没有明确的尺度单元模块或许两个类似的例子,是以我们选择两个应用示例来展示多种可用的功效和特点。

LMT8045(见图4)是一款DC/DC转换器,可以经由历程质朴的将某些输入电源接地将其装备为SEPIC(单端低级电感转换器)或许反向转换器。在SEPIC装备中,稳压输入电压可以高于、低于或即是输入电压,LTM8045网罗功率器件、电感、控制电路和无源组件,应用它的须要条件是输入和输入电容和小电阻器来设置输入电压和开关频率,其他组件可以用于控制软启动和欠压锁定,示例板卡(见图5)简化了种种形式和性能评价的设置。

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图4:LMT8045是一款支持2.8V到18V输入,多拓扑结构的DC/DC μModule单元,在升压形式或降压形式下能够供应高达700mA的输入电流(泉源:凌力尔特)

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图5:示例板卡允许用户评价该板卡在多种不合形式下的性能(泉源:凌力尔特)

LTM8047(图6)是一款隔离性反激式μModule DC/DC 转换器,隔离特殊值为725VDC。其封装网罗切换控制器、电源开关、隔离变压器和所有支持的组件。它的使命输入电压规模从3.1V到32V,输入使命电压规模从2.5V到12V,这些设置都是由一个电阻来调治。在这个设计中输入、输入和旁路电容是必须的(如图7)。

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图6:应用LTM8047 μModule,用户可以质朴快速的完成能够隔离750VDC的转换器,接纳小型化封装,同时供应较高的性能(泉源:凌力尔特)

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图7:这块示例板卡支持用户应用自力的兼容设计,而无需推敲详细的隔离细节(泉源:凌力尔特)

μModule的一些优势: 有些不言而喻,有些不显着

μModule 器件的第一个优势异常的显着:每个器件都是一个处置赏罚赏罚妄图,省去了头疼的设计效果和费事,每个器件都具有给定的性能目的和效力参数,用户可选择的规模也许多,不用在基本功效或许性能方面做出让步,所选择的器件单元将能够完全知足系统的请求,所有要害的设计要素都可以查到:体积、资源和严酷的上市时间,而且每个器件单元都邑知足相关规则的请求,从而确保效力、安然,是以用户测试和验证的时间资源简直为零。

除这些因素,每个μModule都网罗用户手册、示例板卡(见图8)等质料,设计者异常也须要事后模拟所有系统的性能,是以每个μModule都邑供应LTspice模子(见图9和图10)和详细的手艺支持文档,最后每个μModule都经由历程了凌力尔特公司严酷的电气封装和热可靠性测试,取得了周全的认证。

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图8:每个μModule都邑供应示例板卡、用户手册、layout指南和其他手艺支持文档(泉源:凌力尔特)

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图9:稳压器模子作为系统的一部门是异常要害的,LTSpice模子和模拟可以用于好比双路13A/单路26A的老例设计中(泉源:凌力尔特)

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图10:模子的仿真会展示一些要害特点,好比所有使命历程当中的效力和功率损掉落剖析(泉源:凌力尔特)

重新界说决议妄图框架

关于2A以下的DC/DC稳压器,MIY(“自己设计”)的要领是明智的:接纳LDO、开关ICs和参考设计。可是高于这个阈值后,MIY要领就会有一定的风险,时间资源也难以评价,特殊是关于效力和EMI/RFI请求异常严酷的方面。

在此规模之上是存在更好的处置赏罚赏罚妄图的,LTC/ADI μModule 系列——15个产物系列、100个电源产物和30中封装选择——能够赞助设计团队快速完成电源稳压器的设计与验证,借助一个或许多个这些单元可以年夜年夜简化设计完成、验证和临盆,将这些单元集成为一个高性能的稳压器而且接纳微型封装是完全可以知足系统的须要,从而可以节俭BOM资源,降低系统风险,而且延伸产物上市的时间。

原文链接:

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bijinyi 揭晓于 2018-8-20 12:55:30
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