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在分布式电源体系中选用集成DCDC转换器节约空间、缩短研制时刻

传统的分布式电源架构采用多个隔离型DC-DC电源模块将48V总线电压转换到系统电源电压,如5V、3.3V和2.5V。然而该配置很难满足快速响应的低压处理器、DSP、ASIC以及DDR存储器的负载要求。

传统的散布式电源架构选用多个阻隔型DC-DC电源模块将48V总线电压转化到体系电源电压,如5V、3.3V和2.5V。但是该装备很难满意快速呼应的低压处理器、DSP、ASIC以及DDR存储器的负载要求。这类器材对电源提出了愈加严厉的要求:十分快的瞬态呼应、高功率、低电压以及紧凑的电路板尺度。

导言

经过运用单个大功率、阻隔型DC-DC模块将48V电压转化成一个中等电源,如12V或更低电压,能够获得较好的体系功用。将这一中等电压再转化到体系负载所要求的详细电压。这样的电压转化能够经过非阻隔、负载点电源完成,如图1右侧框图所示。关于第二级电源转化,集成开关稳压器对错常抱负的挑选,因为输入电压(≤ 12V)和输出电流(< 10A)相对较低。

图1.与电信单板上传统的散布电源架构(左面)比较,集成开关调节器(右边)具有更高功率和可靠性,能够加速规划进程、缩小电路板面积。

选用集成开关调节器的优势

电子职业的许多范畴,包含电源电子职业,其一起方针是集成体系元件,以下降整体本钱、进步可靠性,而且尽或许缩小PCB面积。在曩昔的二十年,电源办理%&&&&&%制造商展开了很多作业,在芯片内部集成很多功用,以满意阻隔、非阻隔型DC-DC转化运用的需求。

集成开关电源在一个封装中集成了MOSFET、极驱动器以及用于DC-DC开关转化的PWM操控器,这已不再是新的概念。当前所面对的问题是怎么进步这些器材的输出电流才能以及增强此类器材的功用。它们十分合适现代通讯单板中散布式电源所要求的紧凑、多通道负载点电源,能够对动态负载供给杰出的瞬态呼应。

为通讯体系板规划、开发、测验电源会占用单板开发进程相当多的时刻。除PCB布局所花费的时刻外,电源开发中一个首要问题是处理布局相关的问题,这些问题包含:不合理的功率级布局、不恰当接地、将灵敏的模仿走线布在电流和电压快速改变的电源线邻近、没有为电压和电流检测供给开尔文衔接、EMI超支、去耦电容的方位不正确等。当电源选用多个外围分立元件时,这些问题中极有或许产生布板过错。

相反,集成开关调节器将功率级(MOSFET和栅极驱动器)和电流检测功用集成到了器材内部,然后消除了与PCB相关的许多问题,然后防止了大部散布板问题。不仅如此,集成开关调节器的引脚装备在规划中也有意避开了元件布局和接地问题。集成开关调节器一般供给结构紧凑、经过优化与验证的PCB布局,有助于缩短开发周期,加速产品上市。

因为现代电信体系环境需求高功用、小尺度规划,PCB空间变得愈加严重。将功率级和PWM操控器集成到芯片内部能够有用节约空间;集成开关调节器能够作业在较高的作业频率,答应运用小尺度的输入/输出电容、电感及其它滤波%&&&&&%,与分立计划比较,进一步节约了电路板空间。较高的作业频率还能够规划较宽的操控环路带宽,支撑快速负载瞬态呼应。

电源转化功率是衡量电源功用的重要目标,这也是用开关电源代替线性稳压器的首要原因。当然,开关转化器会引进较高的噪声和EMI。开关电源的功耗包含:传导损耗(与MOSFET导通电阻RDS(ON) 有关)和开关损耗(与MOSFET在通、断状况之间的转化速度有关)。作业频率较高时,开关损耗占主导地位,因为每秒钟产生屡次的MOSFET开、关转化。转化时刻取决于栅极驱动电路的阻抗,该电路操控MOSFET的敞开、封闭。关于选用分立MOSFET和栅极驱动器的电源来说,因为具有MOSFET引脚电感和引线电感等寄生参数,因而高频时栅极驱动阻抗较大。集成开关调节器经过将栅极驱动器和MOSFET集成在单个封装内,下降了寄生元件,然后在高频时供给更快的转化时刻和更好的功率。

热办理是大型体系中电源规划的重要目标。在负载点架构中,电源转化所产生的热量散布在各个集成开关调节器内,而非会集在一个电源模块。集成开关调节器功率越高,所产生的热量越少。除此之外,集成开关调节器一般选用增强散热封装,将裸焊盘直接焊接在PCB上,并经过散热过孔(直径8mil至 12mil)将热量传导至地平面(地平面将热量分散到整个单板,然后不需求运用巨大的散热器)。最终,热关断电路直接操控集成开关电源,能够在产生过热时供给有用维护,防止器材损坏,然后进步体系的可靠性。

集成开关调节器供给多种封装以及较宽的输入电压(3V至12V)规模和输出电流(< 1A至10A)规模。低功率器材的封装有:SOT、MSOP以及TSSOP。大功率器材选用QFN、BGA等封装方式,能够耗散较大功率。

定论

集成开关调节器是现代电信体系中等电源总线的抱负挑选。与根据分立MOSFET、栅极驱动器和操控器的调节器比较,集成计划能够大大缩短产品上市时刻、节约空间、进步功率、简化体系热办理,并具有更高的可靠性。

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