針對負(fù)載點(diǎn)消費(fèi)類電子設(shè)備的電源管理方案
縮小外部組件尺寸并減少其數(shù)量
近年來,將兩個輸出電壓轉(zhuǎn)換為異相的技術(shù)得到廣泛青睞。實(shí)現(xiàn)兩個獨(dú)立電壓穩(wěn)壓器在一個系統(tǒng)中的運(yùn)行可以共享一個輸入電容,并以單個轉(zhuǎn)換器頻率2倍的比例吸收(draw)紋波電流。當(dāng)以180°的相位差運(yùn)行這兩個電壓穩(wěn)壓器時,總RMS輸入電流被降低了,從而減少了所需輸入電容的數(shù)量。在此情況下,振蕩器頻率也實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部穩(wěn)定(該頻率是轉(zhuǎn)換頻率的2倍)。這兩個輸出端在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了交互轉(zhuǎn)換周期運(yùn)行(即以180°的相位差運(yùn)行)。該技術(shù)減少了大體積電容的數(shù)量,因此降低了系統(tǒng)成本。此外,通過消除兩個轉(zhuǎn)換器之間的拍頻(beatfrequency),同步技術(shù)還減少了EMI。
DC/DC轉(zhuǎn)換器可以用來實(shí)施反饋網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)部或外部補(bǔ)償。外部補(bǔ)償提供了選擇各種電感與電容組合的靈活性,但是對于那些不擅長模擬設(shè)計(jì)的數(shù)字設(shè)計(jì)師來說,控制環(huán)路補(bǔ)償與穩(wěn)定性判斷標(biāo)準(zhǔn)無疑是非常麻煩的。在此方法中,首先是要選擇LC濾波器,然后再決定補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)部補(bǔ)償不但簡化了設(shè)計(jì),而且減少了外部組件的數(shù)量,但是設(shè)計(jì)師必須在一定的LC組件范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。因此,必須選擇適當(dāng)?shù)腖C濾波器,以保持穩(wěn)定性。為了降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本,該轉(zhuǎn)換器集成了補(bǔ)償組件。這樣就可以在提供選擇電感和輸出電容值靈活性的同時,減少組件的總數(shù)量。
使用高阻抗鋁電容或低阻抗陶瓷輸出大電容
由于成本較低,鋁電解質(zhì)電容在消費(fèi)類電子領(lǐng)域非常受歡迎。鋁電解質(zhì)電容具有相對較高的等效串聯(lián)電阻(ESR),其阻值隨著溫度的改變會發(fā)生很大的變化,但是可提供大電容。為了降低總ESR(隨之而來的是降低輸出紋波電壓),必須將若干個鋁電解質(zhì)電容并聯(lián)起來,這樣會占用較多的空間。而相對較小的陶瓷電容則可以和鋁電容并聯(lián),以降低紋波電壓。無論采用哪種方法,都必須對功率級進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。有了內(nèi)部補(bǔ)償組件的幫助,如果在輸出濾波器中采用了一個高ESR電容,那么在環(huán)路響應(yīng)中就會引入一個零點(diǎn),這樣會導(dǎo)致環(huán)路的不穩(wěn)定。通過引入一個極點(diǎn)(該極點(diǎn)的單個小型陶瓷電容與較低的分壓電阻并聯(lián)),該零點(diǎn)可以被輕松地去除。
最新的陶瓷電容技術(shù)已將電容值大大提高,并降低了成本。低ESR陶瓷電容將被用于較高的轉(zhuǎn)換頻率,并且是鋁電解質(zhì)電容的替代解決方案。在使用具有內(nèi)部補(bǔ)償器件的低ESR陶瓷電容時,需要在反饋網(wǎng)絡(luò)中添加一個零點(diǎn)以減小交叉頻率(crossover frcquency)處的增益斜坡,并提供一個相位升壓。可以通過將一個小型電容與上面的分壓電阻井聯(lián)來添加一個零點(diǎn)。
結(jié)語
元器件集成度的提高使數(shù)字設(shè)計(jì)師可以專注于主要工作,而將更多的設(shè)計(jì)任務(wù)留給電源芯片廠商。通過在一個芯片上集成多個轉(zhuǎn)換器、集成排序方案并使用低成本濾波器,DC/DC轉(zhuǎn)換器廠商實(shí)現(xiàn)了多種功能的集成,從而降低了成本和復(fù)雜度。
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