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。
高(gao)效(xiao)率(lv)是(shi)重(zhong)要(yao)的(de)性(xing)能(neng)基(ji)準(zhun),不(bu)僅(jin)可(ke)減(jian)少(shao)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)與(yu)組(zu)件(jian)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng),而(er)且(qie)還(hai)可(ke)在(zai)給(gei)定(ding)氣(qi)流(liu)與(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)條(tiao)件(jian)下(xia)帶(dai)來(lai)更(geng)多(duo)有(you)用(yong)功(gong)率(lv)。從(cong)這(zhe)個(ge)觀(guan)點(dian)來(lai)看(kan),低(di)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)非(fei)常(chang)具(ju)有(you)誘(you)惑(huo)力(li),但(dan)同(tong)時(shi)需(xu)要(yao)大(da)型(xing)濾(lv)波(bo)器(qi)組(zu)件(jian)來(lai)滿(man)足(zu)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)與(yu)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)等(deng)目(mu)標(biao)規(gui)範(fan)的(de)要(yao)求(qiu),因(yin)此(ci)成(cheng)本(ben)和(he)尺(chi)寸(cun)會(hui)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)。
專門用於電源管理的 PCB mianjishixitongshejirenyuansuomianlindeyigejudazhiyuetiaojian。duiyuzhegewenti,womenxianlaihuiguyixiagaokaiguanpinlvdegexiangyoushi。shouxian,dianganhedianrongxuqiuhuisuipinlvshangshengerjiangdi,congerkeshixiangengjincoude PCB 布(bu)局(ju)以(yi)及(ji)更(geng)小(xiao)的(de)尺(chi)寸(cun)外(wai)形(xing)。更(geng)低(di)的(de)電(dian)感(gan)不(bu)但(dan)可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)快(kuai)的(de)大(da)型(xing)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)以(yi)及(ji)更(geng)高(gao)的(de)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)帶(dai)寬(kuan),而(er)且(qie)還(hai)可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)快(kuai)的(de)負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。根(gen)據(ju)經(jing)驗(yan),最(zui)大(da)環(huan)路(lu)帶(dai)寬(kuan)是(shi)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de) 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 — zaijiaogaopinlvxia,taocidianrongqiyaobidianjiedianrongqigengshouqinglai。daliangshuchunengliangcunchuxianyibiandefeichangduoyule,yinweikongzhihuanluhuiduishuntaixuqiuzuochuxunsuxiangying。taocichanpinbujinketigonggengdide 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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