球?qū)δ茉闯杀旧蠞q、環(huán)保和能源可持續(xù)性的關(guān)注正在推動歐盟、美國加州等地的相關(guān)機構(gòu)相繼推出降低電子設(shè)備能耗的規(guī)范。交流輸入電源,不論是獨立式的還是集成在電子設(shè)備中的,都會造成一定的能源浪費。首先,電源的效率不可能是100% 的,部分能量在電源大負載工作時被浪費掉。其次,當(dāng)負載未被使用時,連接交流線的電源會以待機功耗的形式消耗能量。
在智能電表和電機驅(qū)動等應(yīng)用中,電源必須將高輸入電壓轉(zhuǎn)換為微控制器或 IGBT 驅(qū)動器的低直流電壓。例如,440V AC或 480V AC是全球常見的三相交流電壓,智能電表一般需要接入。在電機驅(qū)動應(yīng)用中,我們可能會遇到更高的電壓。
單電源轉(zhuǎn)換器正在成為任何板上必不可少的設(shè)備,用于連接在不同電壓水平下工作的兩個系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換解決方案的輸入閾值 (V il , V ih ) 應(yīng)在驅(qū)動器的輸出電平 (V ol , Voh) 范圍內(nèi),同樣,解決方案的輸出 (V ol , V oh ) 應(yīng)在接收器的有效輸入閾值范圍內(nèi)(V i , V ih )。
近年來,移動設(shè)備、可穿戴式設(shè)備、IoT設(shè)備等電池驅(qū)動的電子設(shè)備已經(jīng)無所不在。為了提高產(chǎn)品的設(shè)計靈活度并滿足確保配置新功能所用空間的小型化要求,就要求這些產(chǎn)品上搭載的元器件的功耗要降低到極限,以實現(xiàn)小型化并延長電池使用壽命。 而要延長電池驅(qū)動的續(xù)航時間,存在著削減設(shè)備功耗和電池能量是否能夠完全用盡的課題。設(shè)備的各種構(gòu)成元器件均在采用各種方法努力削減功耗,對于直接轉(zhuǎn)換電池能量并供給其他元器件的電源來說,努力進一步降低其功耗是非常重要的。
如今,大多數(shù)集群都是數(shù)字化的,LCD 和 LED 用于背光(圖 3)。事實上,如果你只有一個 3.5 英寸的顯示器,這被認為是低端的。趨勢正在向 7 英寸發(fā)展,而 12 英寸是那些能夠負擔(dān)得起高端車輛運輸?shù)臉?biāo)準。當(dāng)然,我們可以通過操縱方向盤上的按鈕輕松控制顯示屏。我們可以直接從儀表板查看我們的汽車發(fā)生的一切,從我們正在聽的歌曲(包括專輯封面)到車輛診斷,再到周圍區(qū)域的 3-D 表示。
變速和工業(yè)驅(qū)動設(shè)計工程師需要了解電磁兼容性 (EMC) 抗擾度和電磁干擾 (EMI) 以及隔離安全要求。你知道你的要求嗎?每個終端設(shè)備設(shè)計都必須滿足自己的標(biāo)準,以確保產(chǎn)品在所需的終端設(shè)備類別和環(huán)境中合規(guī)且安全使用。
自 2002 年以來,TI 電源管理產(chǎn)品文件夾中的 WEBENCH? Designer 面板在幫助系統(tǒng)設(shè)計人員一鍵啟動 WEBENCH Power Designer 方面發(fā)揮了重要作用,從而根據(jù)我們的要求創(chuàng)建優(yōu)化的設(shè)計。 2010 年,新面板具有 WEBENCH 優(yōu)化器旋鈕,可根據(jù)面板中的默認條件預(yù)覽五個優(yōu)化的解決方案。今年,新的 WEBENCH 設(shè)計面板在支持 WEBENCH 的電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)品文件夾中提供了完整 WEBENCH 設(shè)計的完整預(yù)覽。
我們都知道,我們生活中的新技術(shù)帶來了巨大的機遇和可能性,但也帶來了新的挑戰(zhàn)。例如,智能手機和平板電腦讓我們可以 24/7 全天候訪問我們周圍的世界,但也產(chǎn)生了如此依賴,以至于我們可能無法放下它們。 同樣,芯片級技術(shù)的進步有助于創(chuàng)造無限機遇,但也帶來挑戰(zhàn)。隨著新的、更小的工藝節(jié)點和更低的核心電壓軌,我們看到了更高集成度和更高效率的好處。同時,由于邊角分布和工藝變化,它也帶來了硅性能變化的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這些硅工藝變化,供應(yīng)商正在指定具有更嚴格公差的電源軌(見表 1)。
好幾年前,當(dāng)我為液晶電視設(shè)計我的第一個 AC/DC 電源時,我添加了許多額外的保護電路,以確保電源符合安全和節(jié)能標(biāo)準等規(guī)定。圖 1 顯示了 那些年前 LCD TV 電源的簡化框圖。 我應(yīng)用了一個泄放電阻,以確保電磁干擾濾波器中的 x 電容器在一定時間內(nèi)放電到對人體安全的電壓水平,并符合 EN60950 安全標(biāo)準。在待機模式下,我應(yīng)用了額外的輔助電源以滿足能源之星的要求。電源還需要外部輸入欠壓保護 (UVP) 和 DC/DC 開/關(guān)遲滯電路,以確保在 AC 開/關(guān)循環(huán)和其他關(guān)鍵測試期間的生存。
有效隔離是一種在允許信息和電力傳輸發(fā)生的同時,最大限度地減少兩個電路之間流動的直流和不受控制的瞬態(tài)電流的方法。實現(xiàn)隔離的集成電路 (IC) 稱為隔離器。
我們是否因系統(tǒng)上出現(xiàn)意外的電壓尖峰或電流浪涌而擔(dān)心系統(tǒng)安全?電流浪涌和電壓尖峰可能是由系統(tǒng)上運行的軟件引起的。來自軟件的意外命令會使系統(tǒng)陷入無限循環(huán),從而導(dǎo)致電源軌上出現(xiàn)電流浪涌或電壓尖峰,并可能損壞設(shè)備。
我使用的大多數(shù)集成電路都對靜電放電 (ESD) 敏感。盡管我們的工程師非常小心,但要完全消除靜電幾乎是不可能的。半導(dǎo)體制造商增加了芯片保護,以使他們的設(shè)備更能抵抗雜散電場和電流,但他們的數(shù)據(jù)表沒有明確說明保護措施的確切性質(zhì)。因此,在這篇文章中,我將介紹一些用于 ESD 保護的更常用方法,以及這些方法對電路施加的限制。我將以全差分放大器(FDA) 為例。運算放大器將使用相同的 ESD 結(jié)構(gòu),但它們只有一個輸出引腳。
對于設(shè)計工程師來說,處理需要從低電壓到高電壓的應(yīng)用程序可能會非常艱巨。但是,如果我們對磁學(xué)和電源架構(gòu)有基本的了解,則不必如此。 一些需要從低電壓獲得高電壓的更常見應(yīng)用包括手機充電器;備用電源;用于電視、顯示器、激光器、復(fù)印機和隔離式柵極驅(qū)動器等消費類應(yīng)用的低成本多電源。
UCC25600 高性能諧振模式控制器專為使用諧振拓撲的 DC-DC 應(yīng)用而設(shè)計,尤其是 LLC 半橋諧振轉(zhuǎn)換器。這種高度集成的控制器僅在一個 8 引腳封裝中實現(xiàn)了頻率調(diào)制控制和完整的系統(tǒng)功能。改用 UCC25600 將大大簡化系統(tǒng)設(shè)計和布局,并縮短上市時間,而且價格低于競爭性 16 引腳器件產(chǎn)品。
BQ25175 是一款集成式 800mA 線性充電器,適用于 1 節(jié)鋰離子和鋰聚合物電池。該設(shè)備具有為電池充電的單個電源輸出。系統(tǒng)負載可以與電池并聯(lián),只要平均系統(tǒng)負載不會阻止電池在安全定時器持續(xù)時間內(nèi)完全充電。當(dāng)系統(tǒng)負載與電池并聯(lián)時,充電電流在系統(tǒng)和電池之間共享。