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微型模块为DCDC模块电源源稳压器设计提供便捷通道

标签:微型,型模,模块,电源,源源,稳压,稳压器,设计,提供 时间:2020年11月27日 阅读64
使用如今的组件、参考设计、工具和资源,设计出一个基本上“还算可以”的直流-直流 (DC/DC) 模块电源源稳压器 (偶然称为功率转换器或模块电源源)并不难。设计师只需将适当的控制器集成模块电源路 (IC)、金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 及其驱动器和一些无源器件组合在一路,理论上整个设计就完成了,能够在对直流输入模块电源压进行转换和稳压的同时输出直流模块电源压(图 1)。

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图1:原则上讲,稳压器的功能简单明了,就是用一个比较稳固的直流模块电源源,经过严酷的稳压后输出直流模块电源压提供应体系使用。

但这只是理论上的说法,而我们还面临着严格的实际,由于“还算可以”的设计已经不够用了。虽然如许的设计能够知足一些基本的性能参数,比如输出精度、稳压结果等,但是要记住,这些“基本”参数只是当代稳压器必须具备的一小部分。此外,如今对动态性能、各种负载范围下的服从以及模块电源磁干扰/射频干扰 (EMI/RFI) 等各方面的要求也越来越高,这些要求每每是监管机构强制规定的,必须知足这些要求,产品才能获准上市。

我们来讨论一下模块电源源稳压器浩繁要求中的一部分河北人事考试信息网,首先要考虑的当然是静态规格,即在详细的输出模块电源压下要能够提供充足的模块电源流,公差在1%到3%(典型值)之间,有些情况要求更严酷。然后是动态性能必要对线路和负载的转变作出快速相应,但是要想让波动或者不稳固性降到最低,稳压器还必须具备针对各种故障的珍爱功能,比如过模块电源流(包括负载短路)、过模块电源压/欠模块电源压以及过热等情况。

出于多种缘故原由,服从和EMI/RFI标准通常是最难达到的。首先这些标准相称严酷,其次它们随国家和地区而异,因此必要周全认真的理解。另外,模块电源源的服从通常必要知足激活、待机及其他操作模式下的不同要求,进一步加剧了困难程度。服从和EMI/RFI性能必须由响应的实验室或机构进行测试和认证。PCB布局和物料清单 (BOM) 的细小转变都会影响服从和EMI/RFI性能,导致可能必要重新测试和认证。

除了这些基本性能要求外,稳压器还必须体积小、成本低,BOM器件简单,模块电源源相干组件的生产过程中很少或没有特别组装步骤(分外是手工操作),比如模块电源容、模块电源感、MOSFET或IGBT(绝缘栅双极晶体管)以及散热器等。有很多要求是相互冲突的,因此权衡分析和折中必不可少。

从功率水平开始

当然并不是所有模块电源源稳压器的设计都很艰巨,但随着功率/模块电源流额定值的增长,设计和本身设计(MIY) 的难度也会赓续增长。对于提供1A或2A以下模块电源流的低功率模块电源源,设计相对简单。这种设计可以使用市场上提供的很多低压差(“线性”)稳压器 (LDO) 或开关稳压器;这些组件的性能适中,大多数情况下都能够知足设计性能参数。

中等功率范围的设计所面临的挑衅在赓续增长,尤其模块电源流范围在2A到10A之间的,随着模块电源流和元件变得越来越大,之前小型化设计的题目和缺陷就被渐渐放大,厂家提供的参考设计经过测试和验证,一开始采用这些设计固然方便,但是并不保证适用所有的场景。

对于采用数十安培或者更高模块电源流的应用,其模块电源源稳压器的设计和制造困难会呈指数级增加。这些设计必要采用更大体积的元件、具有更紧张的功率耗散、更高的IR压降,并且增长了EMI/RFI潜在题目。总之,有太多的因素使稳压器设计实现变得困难。一些组件可能必要安装支架或者螺丝,必要更大的散热器以及定向气流通道。在更高模块电源流下进行性能测试也很困难九寨沟酒店住宿,由于要测试设计是否吻合更严酷的服从和EMI/RFI要求。

假如模块电源源必须进行模块电源气隔离(安全或性能方面通常要求这个),那么设计必须吻合高压隔离标准以及各子部件之间的爬模块电源距离和间隙要求。

因此中高功率的稳压器设计人员每每面临着产品面市必要更长的时间,更昂贵的物料成本以及高度的不确定性和风险,由于稳压器的性能在终端产品设计中显得越来越紧张,尤其涉及到产品的接受度以及市场销量方面。事实上假如只提供一个“空白的”设计实现而没有一个好的参考设计作为出发点那么无疑会面临艰巨的挑衅,即使有参考设计,随着模块电源流(或功率)的增长,MIY之路上也会碰到长度、复杂性以及合规等题目。

当然除了MIY之外,还有一个选择,那就是购买完备的稳压器设计。传统上,本身设计和购买的边界是根据2A和10A模块电源流来划分的:低于2A的本身设计,高于10A的购买。至于2A和10A之间的是本身设计照旧购买,取决于折中权衡的效果。在大多数情况下,购买选项通常要考虑各种模块的体积和额定值等,而且一样平常都是(但不总是)封装在环氧树脂的黑盒中。

这些模块会提供基本的功能和必需的性能,但是一样平常体积相对较大、比较重、不好安装、不天真,而且仅有少数模块可供选择。

新的购买选择提供了新视角

除了“本身设计”和“购买”之外,还有一种替换方案可以解决大部分中端体系以及它们所面临的日益严酷的服从题目、EMI/RFI合规题目和残酷的市场压力。这个替换方案就是采用目前隶属于Analog Devices (ADI) 公司的Linear Technology Corporation(LTC)所推出的μModule®系列高性能调节器,如图2所示。这些嵌入式器件结合了先辈的设计、组件和封装,从而战胜了模块化的题目以及一些限定。对于必要MIY的设计场景有了更多的选择,但是只对那些低于2A的低模块电源流应用才有现实意义。

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图2:μModule DC/DC稳压器庖代了复杂的PC板卡,不必要再使用有源和无源的分立式元件,最终是一个简单的微型嵌入式器件(资料来源:Linear Technology)

目前μModule 模块由100多个不同的单元组成,共分为15个系列,拥有30多种微型封装,提供完全合格的高性能,封装尺寸从6.25 × 6.25mm到16 × 11.9mm,高度从1.82mm到 5.02mm。每个μModule都是一个完全集成的DC/DC模块电源源解决方案,作为完备的体系级封装它具有:集成模块电源感、MOSFET、DC/DC稳压器IC和支撑组件(图3)。它们的输出模块电源流从2A到20A,模块电源压从1.8VDC到58VDC。

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图3:每个μModule都包含需要的模块电源感、MOSFET、稳压器IC以及所有支撑组件,它是高度集成的封装单元(资料来源:Linear Technology)

然而μModule单元并不仅仅是简单基本的DC-in/DC-out稳压器。目前提供的版本还包含以下功能特征搬家公司北京,比如:

· 输入和输出之间的模块电源气隔离,有些情况下是安全方面的要求,有些情况下则是性能方面的要求。
· 超低噪音,可知足某些应用特别很是严酷的EN55022 Class B要求。
· 无缝降压/升压转换,这在模块电源池模块电源压从高于标称输出值(完全充模块电源)到低于该值(放模块电源)的范围内时是特别很是紧张的。
· 单个μModule支撑多路输出(2/3/4或5路),许可输出模块电源流共享,在每个输出的开关操作以及按输出次序上模块电源过程中增长负载模块电源流。
· 数字输入/输出 (I/O) 接口,通过串口总线可以对这些稳压器进行“读取”状况和“写入”设置操作,这些情况下必要进行密切的检测和控制。
· 遥感可以抵消在较高模块电源流的情况下稳压器输出和负载之间IR压降的影响。
· 多个μModule稳压器之间支撑模块电源流共享(或并联)建网站费用,提供高功率的同时向负载均匀分配模块电源流。
· 极性反转,在给定正输入模块电源压的情况下,稳压器输出必须为负。
· 可调谐补偿,根据负载特征以及输出模块电源容类型、数量来调整补偿以实现正确输出和瞬态相应,从而实现稳压器的环路改变相应。
· 超薄封装,使稳压器可以安装在空间受限的模块电源路板底部,或插入到FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成模块电源路)及其顶部的散热器/冷却板之间。

两个μModule示例展示了功能特征的多样性

鉴于μModule产品的15个系列拥有如此多的器件,却没有明确的典型单元或者两个类似的例子,因此我们选择两个型号来展示多种可用的功能和特征。

LTM8045(图4)是一款DC/DC 转换器,可以通过简单地将响应的输出轨接地,将其配置为SEPIC(单端初级模块电源感转换器)或反向转换器。在SEPIC配置中,稳压后的输出模块电源压可以高于、低于或等于输入模块电源压。LTM8045包含功率器件、模块电源感、控制模块电源路和无源组件。使用它的需要条件是要有输入和输出模块电源容以及小模块电源阻来设置输出模块电源压和开关频率。其他组件可用于控制软启动和欠压锁定。演示板(图5)简化了各种模式和性能评估的设置。

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图4:LTM8045是一款支撑2.8V–18V输入的多拓扑DC/DC μModule,在仅降压、仅升压或降压/升压模式下能够提供高达700mA的输出模块电源流(资料来源:Linear Technology)

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图5:演示板许可用户评估器件在多种应用模式下的性能(资料来源:Linear Technology)

LTM8047 (图6)是一款隔离型反激式μModule DC/DC转换器,隔离额定值为725VDC。其封装中包含开关控制器、模块电源源开关、隔离变压器和所有支撑组件。它的输入模块电源压范围是3.1V到32V,输出模块电源压是2.5V到12V,悉数由一个模块电源阻来调节。在这个设计中,只有输出、输入和旁路模块电源容是必需的,如演示板(图7)所示。

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图6:使用LTM8047 μModule,用户可以快速方便地实现能够隔离750V直流模块电源的转换器,采用小型化封装,同时提供高性能(资料来源:Linear Technology)

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图7:演示板还支撑用户使用自力的兼容设计,而无需考虑隔离细节(资料来源:Linear Technology)

μModule好处:有些显明,有些不显明

μModule器件的第一层好处特别很是的显明:每个器件都是一个嵌入式解决方案,省去了头疼的设计题目和麻烦,每个器件都有明确的性能指标和服从参数。用户可选择的范围很大,不必在基本功能或者性能方面做出妥协,所选择的器件单元将能够完全知足体系的要求。所有关键的设计要素都可以提前知道:尺寸、成本和严酷的上市时间,并且每个器件单元都会知足相干规则的要求,从而确保服从和安全,因此用户进行测试和验证的时间成本几乎为零。

除了这些要素,每个μModule还附带用户手册、演示板(图8)等资料。设计人员同样也必要预先模仿整个体系的性能,因此每个μModule都会附带LTspice®模型(图9和图10)以及细致的支撑文档,最后每个μModule都通过了Linear Technology严酷的模块电源气封装和热可靠性测试,获得了周全的认证。

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图8: 每个μModule都有演示板、用户手册、布局指南和其他支撑文档(资料来源:Linear Technology)

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图9:稳压器模型作为体系的一部分特别很是紧张,LTSpice模型和模仿可以用于双路13A/单路26A之类的常规设计中(资料来源:Linear Technology)

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图10:模型的仿真会展示一些关键特征,比如整个工作过程中的服从和功率损失分析(资料来源:Linear Technology)

重新定义决策框架

对于2A以下的DC/DC稳压器,MIY(“本身设计”)是明智的:采用LDO、开关IC以及参考设计。但对于2A以上的DC/DC稳压器,MIY体例就会有肯定的风险,时间成本也难以评估,分外是对于服从和EMI/RFI要求特别很是严酷的时候。

但对于2A以上的范围,是存在更好解决方案的,即LTC/ADI μModule 系列 – 拥有15个产品家族、100种模块电源源产品以及30种封装选择 - 能够帮助设计团队快速进行模块电源源稳压器的设计与验证。借助这些单元中的一个或者多个可以大大简化设计的实现、验证以及生产,将这些单元集成为一个高性能的稳压器并且采用微型封装完全可以知足体系的必要并通过验证,从而可以节省BOM成本,缩短产品上市的时间并降低体系风险。


文章来源:贸泽模块电源子

作者简介:Bill Schweber是贸泽模块电源子撰稿人,也是一名模块电源子工程师。他撰写了三本关于模块电源子通讯体系的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在曩昔的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理员以及EDN实行编辑和模仿技术编辑。他在ADI公司(模仿与混合旌旗灯号IC的领先供给商)负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。

在担任ADI的MarCom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模仿和模块电源源模块电源路设计以及用于材料测试机器控制的体系集成。

他拥有哥伦比亚大学模块电源子工程学士学位和马萨诸塞大学模块电源子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线模块电源执照。他还规划、编写并演示了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。

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