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怎么挑选最佳的开关式DC/DC转换器

利用电容、电感的储能的特性,通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能储存在电容(感)里,当开关断开时,电能再释放给负载,提供能量就是开关电源。其输出的功率或电压的能力与占空比(由

  运用电容、电感的储能的特性,经过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能贮存在电容(感)里,当开关断开时,电能再开释给负载,供给能量便是开关电源。其输出的功率或电压的才能与占空比(由开关导通时刻与整个开关的周期的比值)有关。开关电源能够用于升压和降压。

  DC/DC转化器是运用MOSFET开封闭合时在电感器中储能,并发生电流。当开关断开时,贮存的电感器能量经过二极管输出给负载。如下图所示:

种典型的DC/DC改换器框图

  所示三种改换器的作业原理都是先贮存能量,然后以受控方法开释能量,然后得到所需求的输出电压。对某一作业来讲,最佳的开关式DC/DC改换器是能够用最小的装置本钱满意体系整体需求的。这能够经过一组描绘开关式DC/DC改换器功用的参数来衡量,它们包含:高功率、小的装置尺度、小的静态电流、较小的作业电压、低噪声、高功用集成度、满足的输出电压调理才能、低装置本钱。

  作业功率

  ①电感式DC/DC改换器:电池供电的电感式DC/DC改换器的转化功率为80%~85%,其损耗首要来自外部二极管和调制器开关。

  ②无电压调理的电荷泵:为根本电荷泵(如TC7660H)。它具有很高的功率转化功率(一般超越90%),这是因为电荷泵的损耗首要来自电容器的ESR和内部开关管的导通电阻(RDS-ON),而这两者都能够做得很低。

  ③带电压调理的电荷泵:它是在根本电荷泵的输出之后添加了低压差的线性调理器。尽管供给了电压调理,但其功率却因为后端调理器的功耗而下降。为到达最高的功率,电荷泵的输出电压应当与后端调理器调理后的电压尽可能挨近。

  最佳挑选是:无电压调理式电荷泵(在不需求严厉的输出调理的运用中),或带电压调理式电荷泵(假如后端调理器两头的压差满足小)。

  装置尺度

  ①电感式DC/DC改换器:尽管许多新式电感式DC/DC改换器都能够供给SOT封装,但它们一般依然需求物理外形较大的外部电感器。而且电感式DC/DC改换器的电路布局自身也需求较大的板级空间(额定的去耦、特别的地线处理、屏蔽等)。

  ②无电压调理的电荷泵:电荷泵不必电感器,但需求外部电容器。新式电荷泵器材选用SOP封装,作业在较高的频率,因而能够运用占用空间较小的小型电容器(1μF)。电荷泵%&&&&&%芯片和外部电容器合起来所占用的空间,还不如电感式DC/DC改换器中的电感大。运用电荷泵还很简略取得正、负组合的输出电压。如TCM680器材仅用外部电容即可支撑+2 UIN的输出电压。而选用电感式DC/DC改换器要取得相同的输出电压则需求独立的两个改换器,如用一个改换器,就得用具有杂乱拓扑结构的变压器。

  ③带电压调理的电荷泵:添加分立的后端电压调理器占用了更多空间,但是许多此类调理器都有SOT方式的封装,相对减少了占用的空间。新式带电压调理的电荷泵器材,如TCM850,在单个8引脚50lC封装中集成了电荷泵、后端电压调理器和封闭操控。

  最佳挑选是:无电压调理或带电压调理电荷泵。

  静态电流

  ①电感式DC/DC改换器:频率调制(PFM)电感式DC/DC改换器是静态电流最小的开关式DC/DC改换器,经过频率调制进行电压调理可在小负载电流下使供电电流最小。

  ②无电压调理的电荷泵:电荷泵的静态电流与作业频率成份额。大都新式电荷泵作业在150kHz以上的频率,然后可运用1μF乃至更小的电容。为战胜因而带来的静态电流大的问题,一些电荷泵具有封闭输入引脚,以在长时刻搁置的情况下封闭电荷泵,然后将供电电流降至挨近零。

  ③带电压调理的电荷泵:后端电压调理器添加了静态电流,因而带电压调理的电荷泵在静态电流方面比根本电荷泵要差。

  最佳挑选是:电感式DC/DC改换器,特别是频率调制(PFM)开关式。

  最小作业电压

  ①电感式DC/DC改换器:电池供电专用电感式DC/DC改换器(如TC16)可在低至1V乃至更低的电压下发动作业,因而十分合适用于单节电池供电的电子设备。

  ②无电压调理的电荷泵/带电压调理的电荷泵:大都电荷泵的最小作业电压为1.5V或更高,因而合适于至少有两节电池的运用。

  最佳挑选是:电感式DC/DC改换器。

  发生的噪声

  ①电感式DC/DC改换器:电感式DC/DC改换器是电源噪声和开关辐射噪声(EMI)的来历。宽带PFM电感式DC/DC改换器会在宽频带内发生噪声。可采纳进步电感式DC/DC改换器的作业频率,使其发生的噪声落在体系的频带之外。

  ②无电压调理的电荷泵/带电压调理的电荷泵:电荷泵不运用电感,因而其EMI影响能够疏忽。泵输入噪声能够经过一个小电容消除。

  最佳挑选是:无电压调理或带电压调理的电荷泵。

  集成度

  ①电感式DC/DC改换器:现已开宣布集成了开关调理器和其他功用(如电压检测器和线路调理器)的芯片。如TC16芯片就在一个SO-8封装内集成了一个PFM升压改换器、LD0和电压检测器。与分立完成计划比较,此类器材供给了优异的电气功用,而且占用较小的空间。

  ②无电压调理的电荷泵:根本电荷泵,如TC7660,没有附加功用的集成,占用空间小。

  ③带电压调理的电荷泵:集成更多功用的带电压调理电荷泵芯片已成为现在的一种发展趋势。很明显,下一代带调理电荷泵的功用集成度将可与电感式DC/DC改换器集成芯片比较。

  最佳挑选是:电感式DC/DC改换器。

  输出调理

  ①电感式DC/DC改换器:电感式DC/DC改换器具有杰出的输出调理才能。一些电感式DC/DC改换器还具有外部补偿引脚,答应依据运用“精密调整”输出的瞬态呼应特性。

  ②无电压调理的电荷泵:此类器材输出没有电压调理,它们只简略地将输人电压改换为负或刀倍的输出电压。困此,输出电压会跟着负载电流的添加而下降。尽管这对某些运用(如LCD偏置)并不是问题,但不适用需求安稳的输出电压的运用场合。

  ③带电压调理的电荷泵:它经过后端线性电压调理器(片上或外部)供给电压调理(稳压)。在一些情况下,需求为电荷泵添加开关级数,认为后端调理器供给满足的净空间,这时就需求添加外部电容,然后会给尺度、本钱和功率带来负面的影响。但后端线性调压器可使带调理电荷泵的输出电压的安稳性与电感式DC/DC改换器相同。

  最佳挑选是:带电压调理的电荷泵。

  装置本钱

  ①电感式DC/DC改换器:近年来选用电感式DC/DC改换器的本钱逐步下降,而且对外部元件的需求也变得更少了。但电感式DC/DC改换器最少需求一个外部电感、电容和肖特基二极管。二极管、电感,再加上相对价格较高的开关改换芯片,其总本钱要比电荷泵高。

  ②无电压调理的电荷泵:无电压调理的电荷泵比电感式DC/DC改换器廉价,且仅需求外部%&&&&&%(没有电感),节省了板空间、电感的本钱,以及某些情况下的屏蔽本钱。

  ③带电压调理的电荷泵:带电压调理的电荷泵的本钱大约与电感开关式DC/DC改换器自身的本钱适当。在一些情况下,可选用外部后端电压调理器以下降本钱,但却会添加所需的装置空间和下降作业功率。

  最佳挑选是:在不需求严厉稳压的场合的最佳挑选为无电压调理的电荷泵;若为对输出电压稳压有要求的场合,挑选带电压调理的电荷泵和电感式DC/DC改换器的本钱大致适当。

  依照上述的最佳挑选诀窍运用于规划运用中,将会更有利于节省时刻本钱,进步功率。

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