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挑选最佳DC/DC变换器的关键及途径

DC-DC电源变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被应用于更广泛的应用领域。DC-DC变换器是通信设备中最常用的功能电路之一,其质

一、元器材的挑选

1.DC-DC电源改换器的三个元器材

1)开关: 不管哪一种DC/DC改换器主回路运用的元件仅仅电子开关、电感、电容。电子开关只要快速地注册、快速地关断这两种状况。只要快速状况转化引起的损耗才小,现在运用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管,逐步遍及的有IGBT管,还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。

2)电感: 电感是开关电源中常用的元件,因为它的电流,电压相位不同,因而理论损耗为零。电感常为储能元件,也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上,用于滑润电流,也称它为扼流圈。其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”.换句话说,因为“磁通接连性”,电感上的电流有必要是接连的,不然将会发生很大的电压尖峰波。 电感为磁性元件,天然有磁饱满的问题,大都情况下,电感作业在线性区,此刻电感值为一常数,不随端电压与流过的电流而改变。可是,在开关电源中有一个不行忽视的问题,便是电感的绕线所引起的两个散布参数(或称寄生参数)的现象。其一是绕线电阻,这是不行避免的;其二是散布式杂散电容,随绕线工艺、资料而定。杂散电容在低频时影响不大,随频率进步而渐显出来,到一频率以上时,电感或许变成电容的特性了。假如将杂散电容集成为一个,则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。

3)电容: 电容是开关电源中常用的元件,它与电感相同也是贮存电能和传递电能的元件。但对频率的特性却刚好相反。使用上,首要是“吸收”纹波,具滑润电压波形的作用。实际上的电容并不是抱负的元件。电容器因为有介质、接点与引线,构成一个等效串联内电阻ESR.这种等效串联内电阻在开关电源中小信号操控上,以及输出纹波按捺的规划上,起着不行忽视的作用。别的电容等效电路上有一个串联的电感,它在剖析电路器滤波作用时十分重要。有时加大电容值并不能使电压波形平直,便是因为这个串联寄生电感起着副作用。 电容的串联电阻与接点和引出线有关,也与电解液有关。常见铝电解电容的成分为AL2O3,导电率比空气的大七倍,为了能进步电容量,把铝箔外表做成有规则的凸凹不平状,使氧化膜外表积加大,参加的电解液可在凸凹面上活动。一般的铝电解电容在高频脉动电流大幅度添加下,高频阻抗温度上升较大,成了开关电源长寿数的瓶颈。 所谓好电容耐反波电流,耐温升,ESR值小。电容电解液受温度影响,温度升高,电阻减小,即电容串联电阻减小,则是抱负的。 温度升高,等效串联电阻加大,导致电容寿数减短,这是一般铝电解电容的缺陷。为改进这一缺陷,将电解液掩盖在氧化膜外表后将 其枯燥构成固体式电解质电容,即“钽电容”.

2.器材挑选关键

只假如外接开关管,最好挑选开关三极管或功率MOS 管,留意耐压和功耗。假如开关频率很高,电感可选用多线并绕的,以下降趋肤效应的影响。续流二极管一般选康复时间短、正导游通电压小的肖特基二极管,但要留意耐压。假如输出电压很小(零点几伏),就有必要运用MOS管续流。输出滤波电容一般运用高频电容,可减小输出纹波一起下降电容的温升。在取样电路的上臂电阻并一个0.1~1μf电容,能够改进瞬态呼应。 电源规划的器材挑选需求留意以下几点:

1)挑选规划灵活性较大的DC/DC改换器,扩展电路规划的规模;

2) 低消耗电流、高功率可延长电池的运用寿数;

3) 可运用小型的外接元器材,完成产品小型化;

4)有力的技术支撑东西。

二、挑选最佳DC/DC改换器的关键

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。

1. 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。

2. 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IC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。

3. 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,以在长期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。

4. 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使用。

5. 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。

6. 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。

7. 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,答应依据使用“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。尽管这对某些使用(如LCD偏置)并不是问题,但不适用需求安稳的输出电压的使用场合。

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。

8. 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,且仅需求外部电容(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。

三、挑选最佳DC/DC改换器的途径

1. 关于作业功率这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:无电压调理式电荷泵(在不需求严厉的输出调理的使用中),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)。

2. 关于装置尺度这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:无电压调理或带电压调理电荷泵。

3. 关于静态电流这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:电感式DC/DC改换器,特别是频率调制(PFM)开关式。

4.关于最小作业电压这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:电感式DC/DC改换器。

5. 关于发生的噪声这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:无电压调理或带电压调理的电荷泵。

6.关于集成度这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:电感式DC/DC改换器。

7.关于输出调理这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是:带电压调理的电荷泵。

8.关于装置本钱这个方面,最佳DC/DC改换器的挑选是: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。

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