找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 2431|回复: 8
打印 上一主题 下一主题

教你如何选择最佳的开关式DC/DC转换器

[复制链接]
  • TA的每日心情
    无聊
    2022-12-27 15:01
  • 签到天数: 18 天

    [LV.4]偶尔看看III

    跳转到指定楼层
    1#
    发表于 2013-10-12 10:13 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

    EDA365欢迎您登录!

    您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

    x
    利用电容、电感的储能的特性,通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作,将输入的电能储存在电容(感)里,当开关断开时,电能再释放给负载,提供能量就是开关电源。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。  L: j1 `# V  S9 [. r; @. X, `
    DC/DC转换器是利用MOSFET开关闭合时在电感器中储能,并产生电流。当开关断开时,贮存的电感器能量通过二极管输出给负载。如下图所示。
    # y7 R; h  u- ]. w% T  ~4 ]4 O% \7 P% G5 V5 p: ]. ?

    ; F  E  n" A3 M- f( S' `, p" D4 p+ R/ M* A, n5 N8 C& h
    三种典型的DC/DC变换器框图$ h9 g' e  I, J) B# n7 s

    ) g- L7 L* A. i# X! }所示三种变换器的工作原理都是先储存能量,然后以受控方式释放能量,从而得到所需要的输出电压。对某一工作来讲,最佳的开关式DC/DC变换器是可以用最小的安装成本满足系统总体需要的。这可以通过一组描述开关式DC/DC变换器性能的参数来衡量,它们包括:高效率、小的安装尺寸、小的静态电流、较小的工作电压、低噪声、高功能集成度、足够的输出电压调节能力、低安装成本。7 j0 k3 o0 i% w2 w; i* `
      f' S- J1 P& m: ^: N
    工作效率
    % V5 P) t3 A/ B$ N: f0 t3 y1 Y# }7 f: b) n4 z
    ①电感式DC/DC变换器:电池供电的电感式DC/DC变换器的转换效率为80%~85%,其损耗主要来自外部二极管和调制器开关。
    3 n2 G9 P8 v# s) @& Y# D4 `+ b  b! \1 [' S4 O, B
    ②无电压调节的电荷泵:为基本电荷泵(如TC7660H)。它具有很高的功率转换效率(一般超过90%),这是因为电荷泵的损耗主要来自电容器的ESR和内部开关管的导通电阻(RDS-ON),而这两者都可以做得很低。
    ( x' @$ S! r0 R9 t2 g
    2 e3 [4 f+ t5 ^* e* N③带电压调节的电荷泵:它是在基本电荷泵的输出之后增加了低压差的线性调节器。虽然提供了电压调节,但其效率却由于后端调节器的功耗而下降。为达到最高的效率,电荷泵的输出电压应当与后端调节器调节后的电压尽可能接近。
    6 h! C; \0 }% p7 \" a" s" ~  T7 ?& c; K1 |, Q
    最佳选择是:无电压调节式电荷泵(在不需要严格的输出调节的应用中),或带电压调节式电荷泵(如果后端调节器两端的压差足够小)。
    " Y, v, {3 n1 v" M4 D$ C7 x* H; C- n( O9 U0 [
    安装尺寸! n$ z: a6 y; a7 P4 ?
    5 n5 e$ g) p+ f
    ①电感式DC/DC变换器:虽然很多新型电感式DC/DC变换器都可以提供SOT封装,但它们通常仍然需要物理外形较大的外部电感器。而且电感式DC/DC变换器的电路布局自身也需要较大的板级空间(额外的去耦、特殊的地线处理、屏蔽等)。2 q5 r. p3 K' q
    , R  h5 v3 `9 E2 G
    ②无电压调节的电荷泵:电荷泵不用电感器,但需要外部电容器。新型电荷泵器件采用SOP封装,工作在较高的频率,因此可以使用占用空间较小的小型电容器(1μF)。电荷泵IC芯片和外部电容器合起来所占用的空间,还不如电感式DC/DC变换器中的电感大。利用电荷泵还很容易获得正、负组合的输出电压。如TCM680器件仅用外部电容即可支持+2UIN的输出电压。而采用电感式DC/DC变换器要获得同样的输出电压则需要独立的两个变换器,如用一个变换器,就得用具有复杂拓扑结构的变压器。
    ' G, h/ Q8 ^5 C* ^
    3 t3 H. x; O# K9 w: w' P, F) J③带电压调节的电荷泵:增加分立的后端电压调节器占用了更多空间,然而许多此类调节器都有SOT形式的封装,相对减少了占用的空间。新型带电压调节的电荷泵器件,如TCM850,在单个8引脚50lC封装中集成了电荷泵、后端电压调节器和关闭控制。% ^% D" P6 z& X+ l% e& p2 k) p0 F, G
    ; i4 K% D. l& H# N8 x! B4 M
    最佳选择是:无电压调节或带电压调节电荷泵。
    + S$ z0 L$ y. X3 r" w5 h4 {( x静态电流6 Q; S) ~: _4 k4 Z; l1 y: G& S

    * L6 C8 |0 S' c①电感式DC/DC变换器:频率调制(PFM)电感式DC/DC变换器是静态电流最小的开关式DC/DC变换器,通过频率调制进行电压调节可在小负载电流下使供电电流最小。& n1 O  J* a1 s- [

    1 k* `; I' _, E2 g9 J②无电压调节的电荷泵:电荷泵的静态电流与工作频率成比例。多数新型电荷泵工作在150kHz以上的频率,从而可使用1μF甚至更小的电容。为克服因此带来的静态电流大的问题,一些电荷泵具有关闭输入引脚,以在长时间闲置的情况下关闭电荷泵,从而将供电电流降至接近零。
    % F1 s0 t' I" @6 g  e  e" D5 J( F/ b& b: I2 w
    ③带电压调节的电荷泵:后端电压调节器增加了静态电流,因此带电压调节的电荷泵在静态电流方面比基本电荷泵要差。
    : e6 V7 F' e6 y+ `( j. O8 l. a5 G3 R2 z% B. `: Z! j
    最佳选择是:电感式DC/DC变换器,特别是频率调制(PFM)开关式。
    0 m% @3 w. o1 I' o# g0 {* Y2 x
    4 ]0 ^4 E, j3 `# V- `5 w最小工作电压$ b7 B. m& N; J: U
    9 ^) J1 |! }: \9 T- x: f
    ①电感式DC/DC变换器:电池供电专用电感式DC/DC变换器(如TC16)可在低至1V甚至更低的电压下启动工作,因此非常适合用于单节电池供电的电子设备。
    9 _9 N9 V  h8 ~! `9 H1 J' \9 o/ z$ J* {
    ②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵:多数电荷泵的最小工作电压为1.5V或更高,因此适合于至少有两节电池的应用。
    ! a- _' T# j7 K9 k5 }& a- d% r$ r- x2 S
    最佳选择是:电感式DC/DC变换器。9 I& C! q- l* n' g1 G4 f* k

    . N" i; R6 W& l$ ^) ~/ P产生的噪声
    ' w  u" F/ o' y; P/ @1 ]! W  A* ]& @; v0 Y
    ①电感式DC/DC变换器:电感式DC/DC变换器是电源噪声和开关辐射噪声(EMI)的来源。宽带PFM电感式DC/DC变换器会在宽频带内产生噪声。可采取提高电感式DC/DC变换器的工作频率,使其产生的噪声落在系统的频带之外。! H4 u, i/ K( ?& ]2 r. e) ?

    ( s( m- s4 b* |% e②无电压调节的电荷泵/带电压调节的电荷泵:电荷泵不使用电感,因此其EMI影响可以忽略。泵输入噪声可以通过一个小电容消除。
    , W0 [, y' k+ Y4 m
      C  ~& b) }7 U: W1 f* E最佳选择是:无电压调节或带电压调节的电荷泵。! z0 U6 E9 |- x' h& e$ l) {
    集成度/ J9 B# I" I3 _% [4 F) L5 v
    9 y+ W$ n/ k! M5 X  P: ?  `  A0 l0 u
    ①电感式DC/DC变换器:现已开发出集成了开关调节器和其他功能(如电压检测器和线路调节器)的芯片。如TC16芯片就在一个SO-8封装内集成了一个PFM升压变换器、LD0和电压检测器。与分立实现方案相比,此类器件提供了优异的电气性能,并且占用较小的空间。
    " E1 t5 t& y9 I2 ?! X: ?6 ]& F2 f2 t1 r0 W
    ②无电压调节的电荷泵:基本电荷泵,如TC7660,没有附加功能的集成,占用空间小。
    1 I/ E! O: ]0 k- |6 N" t' o% k8 t; Y5 l% n- f1 K  ]
    ③带电压调节的电荷泵:集成更多功能的带电压调节电荷泵芯片已成为目前的一种发展趋势。很明显,下一代带调节电荷泵的功能集成度将可与电感式DC/DC变换器集成芯片相比。4 {1 p, P6 N' b1 R3 A2 j; T3 j

    3 B5 E) R6 [  n: W2 J最佳选择是:电感式DC/DC变换器。, Y6 B9 ~, ~/ Y8 E7 S$ c9 H
    ) u# V6 H7 k) J. z$ {" ~/ a
    输出调节( ~) A5 h0 l  s6 M
    + Y/ u2 e, e3 L0 ?1 A
    ①电感式DC/DC变换器:电感式DC/DC变换器具有良好的输出调节能力。一些电感式DC/DC变换器还具有外部补偿引脚,允许根据应用“精细调整”输出的瞬态响应特性。: d- A4 Z4 p; Q3 F" ^4 h
    1 [. G: x0 ^# I. W
    ②无电压调节的电荷泵:此类器件输出没有电压调节,它们只简单地将输人电压变换为负或刀倍的输出电压。困此,输出电压会随着负载电流的增加而下降。虽然这对某些应用(如LCD偏置)并不是问题,但不适用需要稳定的输出电压的应用场合。: O& a% g5 q' ~9 _
    . S8 i% J+ X2 x, D& L) U+ j
    ③带电压调节的电荷泵:它通过后端线性电压调节器(片上或外部)提供电压调节(稳压)。在一些情况下,需要为电荷泵增加开关级数,以为后端调节器提供足够的净空间,这时就需要增加外部电容,从而会给尺寸、成本和效率带来负面的影响。但后端线性调压器可使带调节电荷泵的输出电压的稳定性与电感式DC/DC变换器一样。) l  G" M& \! Z0 L& S

    5 t; i* \. E7 v# V+ }/ Z0 e; F6 C* K最佳选择是:带电压调节的电荷泵。3 r" r4 _  Y3 O  B/ B
    ( U/ E+ k# a7 S# R/ l1 A" Q
    安装成本
    9 B+ V7 W0 m2 m4 a) |4 M0 B5 L9 [. Q( B& H! B: E( q( Z
    ①电感式DC/DC变换器:近年来采用电感式DC/DC变换器的成本逐渐下降,并且对外部元件的需求也变得更少了。但电感式DC/DC变换器最少需要一个外部电感、电容和肖特基二极管。二极管、电感,再加上相对价格较高的开关变换芯片,其总成本要比电荷泵高。
    1 w4 k" h- i+ ]9 S
    . j2 j5 J* M! d  V& b0 S0 E; U②无电压调节的电荷泵:无电压调节的电荷泵比电感式DC/DC变换器便宜,且仅需要外部电容(没有电感),节约了板空间、电感的成本,以及某些情况下的屏蔽成本。- H% n3 w9 {( Q9 {" \
    ! b3 o' G1 p9 r0 {' h+ C7 b
    ③带电压调节的电荷泵:带电压调节的电荷泵的成本大约与电感开关式DC/DC变换器本身的成本相当。在一些情况下,可采用外部后端电压调节器以降低成本,但却会增加所需的安装空间和降低工作效率。, P5 [0 |  M/ s* ~6 K' l2 q( f0 w
    $ p& `9 F* \6 n
    最佳选择是:在不需要严格稳压的场合的最佳选择为无电压调节的电荷泵;若为对输出电压稳压有要求的场合,选择带电压调节的电荷泵和电感式DC/DC变换器的成本大致相当。  z! r9 x" s2 r5 ~3 p6 N
    $ r* ?1 x4 T9 u1 H  a: S
    按照上述的最佳选择窍门运用于设计应用中,将会更有利于节省时间成本,提高效率。

    1.jpg (37.14 KB, 下载次数: 3)

    1.jpg

    该用户从未签到

    3#
    发表于 2013-11-17 14:41 | 只看该作者
    不错 呵呵 挺好的
  • TA的每日心情
    开心
    2021-9-3 15:14
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    4#
    发表于 2013-11-18 07:54 | 只看该作者
    电荷泵只适合输出电流很小的场合

    该用户从未签到

    5#
    发表于 2014-5-28 10:56 | 只看该作者
    不错 呵呵 挺好的

    该用户从未签到

    6#
    发表于 2014-10-26 15:49 | 只看该作者
    不错 呵呵 挺好的

    该用户从未签到

    8#
    发表于 2015-2-4 13:42 | 只看该作者
    学习了,说的很详细
    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则

    关闭

    推荐内容上一条 /1 下一条

    EDA365公众号

    关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

    GMT+8, 2025-7-18 09:32 , Processed in 0.109375 second(s), 27 queries , Gzip On.

    深圳市墨知创新科技有限公司

    地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

    快速回复 返回顶部 返回列表