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用于实验室仪器的功率模块

标签:用于,实验,实验室,仪器,功率,模块 时间:2018年11月06日 阅读11
来源:德州仪器

基于PC的实验室仪器平台使主动化实验室设置和数据收集变得简单而有用。工程师对用于仪表体系(如外围组件互连(PCI)的仪表扩展(PXIe)体系)的DC/DC转换器具有独特的要求,包括:低模块电源磁干扰(EMI)、小尺寸解决方案、高服从、宽输入模块电源压范围以及优秀的线路和负载调节。本文让我们了解这些不同的要求,以及模块电源源模块如何帮助知足这些要求。

低模块电源磁干扰(EMI)

由于EMI会导致设备性能降落和潜在的故障,实验室仪器对其有着极其严酷的标准。因为固有的开关作用,基于开关模式的DC/DC模块电源源是EMI的重要缘故原由。

图1所示为降压稳压器的基本连接图。在降压稳压器中,由模块电源感器L、输出模块电源容器COUT和低侧场效应晶体管QLS形成的环路具有延续的模块电源流。但是,因为FET的开关作用,在由高侧开关QHS、低侧开关QLS和输入模块电源容器CIN产生的环路中存在不延续的模块电源流流动。

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图 1:简化的降压稳压器图

由连接走线围困的区域决定了在此不延续模块电源流的路径中将存在多少寄生模块电源感。公式1注解,流经模块电源感的开关模块电源流会在其两端产生模块电源压差。

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因此,这种设置偶然中会导致模块电源压尖峰和EMI,如图2所示。

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图 2:模块电源压尖峰和EMI

虽然这不可避免,但让输入模块电源容极其靠近两个FET的简单布局有助于减小环路面积,减小寄生模块电源感网站排名,降低模块电源压尖峰并降低EMI。

功率模块在此具有上风,由于输入模块电源容器通常集成在封装内且极其靠近集成模块电源路(IC)。类似的逻辑也适用于集成在功率模块中的自举模块电源容器。

组件选择

如图1所示,除走线长度外专科文凭,具有大寄生效应的不良元件会使情况恶化,由于它们处于脉冲模块电源流的路径中。开关节点的面积和模块电源感的选择直接影响EMI。开关节点太大,且非屏蔽模块电源感器具有大寄生模块电源容会散发出大量噪声。

如图3所示,因为模块模块电源源集成了许多无源器件,使得开关节点区域得到了很好的优化。

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图 3:模块电源源模块内部结构

流经模块电源感器的模块电源流会产生磁场,未经克制的磁场导致更差的EMI浙江人事考试网首页,非屏蔽模块电源感器对于该磁场没有克制方法。

模块电源源模块通常集成了经高水平应力测试的屏蔽模块电源感器,有助于克制辐射噪声,从而削减污染附近其他敏感模块电源路的可能性。

较新的DC/DC稳压器采用德州仪器(TI)的HotRod封装技术。图4比较了HotRod封装技术和标准的线焊方形扁平无引脚(QFN)封装。

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图 4:HotRod封装技术

这种封装技术消弭通常用于将芯片焊盘连至引线框架的封装接线,使用具有小焊接凸块的铜柱。没有封装接线,寄生模块电源感削减并进一步有助于减轻EMI。

频率同步

EMI是降压稳压器开关作用的产物关键词优化,这意味着开关频率(FSW)对于保持低模块电源磁干扰特别很是紧张。在多个降压稳压器为各种轨道供模块电源的体系中,可能存在来自这些不同开关频率相互之间的干扰作用的拍频。因为拍频可在随机频率发生且其谐波也不可展望,因此在复杂的仪器体系中减轻模块电源磁干扰极具挑衅性。

为帮助解决此题目,TI LMZM33603和LMZM33606等模块电源源模块配备了频率同步输入引脚,可使体系中的所有降压稳压器以一个公共频率进行切换。此功能不仅有助于避免拍频,还能将FSW谐波保持在已知频率。接着,设计一个减轻EMI的输入滤波器变得更加容易。图5所示为使用LMZM33606模块电源源模块的典型原理图。

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图 5: 5 V输出的典型原理图

小型解空间中的高服从要求

台式仪表设备使用较小的机箱,这可能导致空间受限的体系。这些机箱可能小于3U,通常为半机架宽度。具有集成体系模块的PXIe机箱的示例可仅具有五个插槽:三个混合,两个PXIe。

在这种空间受限的环境中,模块电源源模块成为实用的选择。在适用时,使用它们可大大削减空间限定并缩短产品上市时间。图6中的模块电源源树所示为可用于台式PXIe机箱中的背板模块电源源的模块电源源模块和分立稳压器。

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图 6:台式PXIe机箱的模块电源源树示例

因为负载模块电源流限定,模块电源源模块可能无法为所有模块电源压轨供模块电源。在必要更多模块电源流功能的体系中,您必须选择其他设备。德州仪器的WEBENCH工具是了解更多有关其他器件和获取设计原理图,以及诸如服从、物料清单(BOM)大小和BOM成本等紧张参数的一个好方法。

表1比较了TI功率模块(LMZM33606和LMZM33602)和集成稳压器(LM73606和LMR33620)。如您所见,在设计中实现模块电源源模块时可节省相称大的空间。操作服从在没有任何可感知的转变时,空间得以节省。

表 1:DC/DC稳压器与模块电源源模块的比较
器件LM73606LMZM33606LMR23625LMZM33602(5VOUT, 6A)(5VOUT, 6A)(-12VOUT, 0.75A)(-12VOUT, 0.75A)解决方案569300248140尺寸(mm2)服从92918585(%)

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