單片式開關穩壓器——當所有一切都集成在芯片上時
發布時間:2020-10-09 來源:Frederik Dostal,ADI 現場應用工程師 責任編輯:wenwei
【導讀】開關穩壓器可以采用單片結構,也可以通過控製器構建。在單片式開關穩壓器中,各功率開關(一般是MOSFET)會集成在單個矽芯片中。使用控製器構建時,除了控製器IC,還必須單獨選擇半導體和確定其位置。選擇MOSFETfeichanghaofeishijian,qiexuyaoduikaiguandecanshuyouyidinglejie。shiyongdanpianshishejishi,shejirenyuanwuxuchulizhexiewenti。ciwai,xiangbigaodujichengdejiejuefangan,kongzhiqijiejuefangantongchanghuizhanyonggengduodedianlubankongjian。suoyi,haobuyiwaiduonianlairenmenyuelaiyueduodicaiyongdanpianshikaiguanwenyaqi,rujin,jishiduiyugenggaogonglv,ADI公司也有大量的解決方案可供選擇。圖1左側是單片式降壓轉換器,右側是控製器解決方案。

圖1.單片式降壓轉換器(左);帶外部開關的控製器解決方案(右)
雖(sui)然(ran)單(dan)片(pian)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)需(xu)要(yao)的(de)空(kong)間(jian)較(jiao)少(shao),也(ye)簡(jian)化(hua)了(le)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng),但(dan)另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),控(kong)製(zhi)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)優(you)勢(shi)是(shi)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)為(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)選(xuan)擇(ze)經(jing)過(guo)優(you)化(hua)、適(shi)合(he)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)的(de)開(kai)關(guan)管(guan),也(ye)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)管(guan)的(de)柵(zha)級(ji),所(suo)以(yi)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)更(geng)巧(qiao)妙(miao)地(di)部(bu)署(shu)無(wu)源(yuan)組(zu)件(jian)來(lai)影(ying)響(xiang)開(kai)關(guan)邊(bian)沿(yan)。此(ci)外(wai),控(kong)製(zhi)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)適(shi)合(he)高(gao)功(gong)率(lv),因(yin)為(wei)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)大(da)型(xing)分(fen)立(li)式(shi)開(kai)關(guan)管(guan),且(qie)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)會(hui)遠(yuan)離(li)控(kong)製(zhi)器(qi)IC。
但(dan)是(shi),除(chu)了(le)這(zhe)些(xie)熟(shu)知(zhi)的(de)單(dan)片(pian)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)有(you)利(li)和(he)不(bu)利(li)因(yin)素(su)之(zhi)外(wai),還(hai)有(you)一(yi)個(ge)因(yin)素(su)容(rong)易(yi)忽(hu)略(lve)。在(zai)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)中(zhong),所(suo)謂(wei)的(de)熱(re)回(hui)路(lu)是(shi)實(shi)現(xian)低(di)輻(fu)射(she)的(de)決(jue)定(ding)因(yin)素(su)。在(zai)所(suo)有(you)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)中(zhong),應(ying)盡(jin)量(liang)優(you)化(hua)EMC。實現優化的基本原則之一是:zuixiaohuagegerehuiluzhongdejishengdiangan。zaijiangyazhuanhuanqizhong,shurudianronghegaoyacekaiguanzhijiandelujing,gaoyacekaiguanhediyacekaiguanzhijiandelianjie,yijidiyacekaiguanheshurudianrongzhijiandelianjiedoushirehuiludeyibufen。tamendoushidianliulujing,qizhongdedianliusuikaiguanqiehuandesuduerbianhua。tongguokuaisudedianliubianhua,yinjishengdianganxingchengdianyapianyi,keyizuoweiganraoouhedaobutongdedianlubufen。

圖2.單片式開關穩壓器(左)和帶控製器IC的解決方案(右),每個都有一些不同形式的熱回路
所以,這些熱回路中的寄生電感必須保持盡可能低。圖2用yong紅hong色se標biao出chu各ge熱re回hui路lu路lu徑jing,左zuo側ce為wei單dan片pian式shi開kai關guan穩wen壓ya器qi,右you側ce為wei控kong製zhi器qi解jie決jue方fang案an。我wo們men可ke以yi看kan到dao,單dan片pian式shi解jie決jue方fang案an具ju有you兩liang大da優you勢shi。一yi,其qi熱re回hui路lu比bi控kong製zhi器qi解jie決jue方fang案an的de熱re回hui路lu小xiao。二er,高gao壓ya側ce開kai關guan和he低di壓ya側ce開kai關guan之zhi間jian的de連lian接jie路lu徑jing非fei常chang短duan,且qie隻zhi在zai矽gui芯xin片pian上shang完wan成cheng走zou線xian。兩liang者zhe相xiang比bi,對dui於yu帶dai控kong製zhi器qiIC的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),連(lian)接(jie)的(de)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)封(feng)裝(zhuang)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)布(bu)線(xian),通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)的(de)鍵(jian)合(he)線(xian)和(he)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)具(ju)有(you)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)。這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)偏(pian)置(zhi),以(yi)及(ji)更(geng)差(cha)的(de)EMC性能。
結論
因此,單片式開關穩壓器具備額外的,少為人知的EMI優勢。這種幹擾有多強,對電路有什麼影響,具體取決於許多其他參數。但是,就EMC性能而言,單片式開關穩壓器和帶控製器IC的解決方案之間存在差異,這一點值得考慮。
作者簡介
Frederik Dostal曾就讀於德國埃爾蘭根大學微電子學專業。他於2001年開始工作,涉足電源管理業務,曾擔任多種應用工程師職位,並在亞利桑那州鳳凰城工作了四年,負責開關模式電源。他於2009年加入ADI公司,並在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。聯係方式:frederik.dostal@analog.com。
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