降壓穩壓器的效率及尺寸權衡
發布時間:2020-10-04 來源:Timothy Hegarty 責任編輯:wenwei
【導讀】作為一名應用工程師,我知道降壓穩壓器的實施不可避免地要涉及效率與尺寸的權衡。盡管這一原理適用於眾多開關模式 DC/DC 拓撲,但當應用需要低輸出電壓和高輸出電流(例如 1V 和 30A)時,這一原理就不一定適用了,因為這需要可平衡效率與尺寸的小型電源解決方案。
gaoxiaolvshizhongyaodexingnengjizhun,bujinkejianshaogonglvsunhaoyuzujianwendushangsheng,erqiehaikezaigeidingqiliuyuhuanjingwendutiaojianxiadailaigengduoyouyonggonglv。congzhegeguandianlaikan,dikaiguanpinlvfeichangjuyouyouhuoli,dantongshixuyaodaxinglvboqizujianlaimanzushuchuwenboyushuntaixiangyingdengmubiaoguifandeyaoqiu,yincichengbenhechicunhuisuizhizengjia。
專門用於電源管理的 PCB mianjishixitongshejirenyuansuomianlindeyigejudazhiyuetiaojian。duiyuzhegewenti,womenxianlaihuiguyixiagaokaiguanpinlvdegexiangyoushi。shouxian,dianganhedianrongxuqiuhuisuipinlvshangshengerjiangdi,congerkeshixiangengjincoude PCB bujuyijigengxiaodechicunwaixing。gengdidedianganbudankeshixiangengkuaidedaxingxinhaodianliubianhuayijigenggaodekongzhihuanludaikuan,erqiehaikeshixiangengkuaidefuzaishuntaixiangying。genjujingyan,zuidahuanludaikuanshikaiguanpinlvde 20%。最後,在較高頻率下在組件選擇方麵會出現一些有趣的選項。
例如,我們可以看看這款穩壓器設計,其可通過仔細選擇組件實現最佳的效率/尺寸/成本。點擊這裏觀看視頻演示。

(1) 電感器 — 盡管鐵粉芯電感器或組合鐵芯電感器可在低頻率下提供很好的性能,但更高的鐵芯損耗會否定其頻率超過 500kHz 左右時的價值定位。在這一點上,超低 DCR 鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)更(geng)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)較(jiao)低(di)的(de)銅(tong)損(sun)耗(hao)和(he)鐵(tie)芯(xin)損(sun)耗(hao)。注(zhu)意(yi),鐵(tie)芯(xin)損(sun)耗(hao)相(xiang)對(dui)來(lai)說(shuo)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)測(ce)量(liang),隻(zhi)需(xu)關(guan)注(zhu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)空(kong)載(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)即(ji)可(ke)。采(cai)用(yong)單(dan)匝(za)訂(ding)書(shu)針(zhen)形(xing)繞(rao)組(zu)的(de)鐵(tie)氧(yang)體(ti)電(dian)感(gan)器(qi)目(mu)前(qian)提(ti)供(gong)廣(guang)泛(fan)的(de)現(xian)成(cheng)選(xuan)項(xiang),而(er)如(ru)果(guo)隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)繞(rao)組(zu)圈(quan)數(shu),就(jiu)很(hen)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)低(di)於(yu) 1mΩ 的 DCR!
(2) PWM 控製器 — 現(xian)在(zai),如(ru)果(guo)設(she)計(ji)特(te)別(bie)需(xu)要(yao)鐵(tie)氧(yang)體(ti)芯(xin)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)硬(ying)飽(bao)和(he)特(te)性(xing),那(na)麼(me)一(yi)定(ding)不(bu)能(neng)超(chao)過(guo)電(dian)感(gan)器(qi)的(de)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)。這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)款(kuan)可(ke)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)寄(ji)生(sheng)電(dian)路(lu)電(dian)阻(zu)實(shi)現(xian)精(jing)確(que)無(wu)損(sun)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)的(de) PWM 控製器(閱讀我之前的博客《在大電流轉換器中實現精確而無損的電流傳感》,了解有關該主題的更多詳情)。其它主要特性包括高效率柵極驅動器、遠程 BJT 溫度傳感以及快速誤差放大器等。
(3) MOSFET — 功率半導體器件是改善效率與尺寸的基礎。以功率塊 NexFET™ 係列為例,其被廣為稱道的優勢在於通過垂直疊加的方式創新地將高側及低側 MOSFET 進行聯合封裝。在頻率比例損耗值得關注時,需要低 QG、QRR 與 QOSS 電荷。此外,低 RDS(ON)、大電流銅夾、開爾文柵極連接以及接地選項卡也很重要。
(4) 電容器 — 在zai較jiao高gao頻pin率lv下xia,陶tao瓷ci電dian容rong器qi要yao比bi電dian解jie電dian容rong器qi更geng受shou青qing睞lai。大da量liang輸shu出chu能neng量liang存cun儲chu現xian已yi變bian得de非fei常chang多duo餘yu了le,因yin為wei控kong製zhi環huan路lu會hui對dui瞬shun態tai需xu求qiu作zuo出chu迅xun速su響xiang應ying。陶tao瓷ci產chan品pin不bu僅jin可ke提ti供gong更geng低di的de ESR,而且還可提供更低的 ESL,可緩解由電感分割效應與低濾波器電感引起的輸出紋波。
還有哪些其它因素會影響穩壓器的效率與尺寸?近期流行的主題包括 GaN MOSFET、電源係統封裝 (PSIP) 以及片上電源係統 (PSOC) 等。請告訴我您的想法?
資源:
● 在電源電子技術中閱讀《將支持超低 DCR 電感器的 3D 集成型 MOSFET 用於高效率 DC/DC 穩壓器》;
● 在 TI 電源之家閱讀《在大電流轉換器中實現精確無損的電流傳感》;
● 在 Powerlab™ 參考設計庫中查看 LM27403 參考設計;
● 訂購 LM27403 評估板;
● 立即使用 WEBENCH® 電源設計工具啟動一項設計。
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