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(zhǔn)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(zhǔn)。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。
工程師在選擇反極性解決方案時也有很多選擇。一些選擇包括二極管、P 溝道場效應(yīng)晶體管 (PFET) 和 TI 的 LM74610-Q1 加 N 溝道場效應(yīng)晶體管 (NFET)(稱為智能二極管解決方案)。在這篇文章中,我將重點介紹所有三種解決方案在汽車應(yīng)用方面的一些關(guān)鍵方面。
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。
氮化鎵 (GaN) 晶體管開關(guān)速度快!在工作臺上,我測量了每納秒 40V 的開關(guān)節(jié)點 dv/dt!這比我使用的典型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器高約 30 倍,雖然這有助于降低開關(guān)損耗,但它確實使?jié)M足電磁兼容性 (EMC) 的挑戰(zhàn)更加困難。為什么?因為電壓和電流的變化率會激活寄生電路元件,從而產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)噪聲的噪聲源。
如今,由高頻多相 DC/DC 轉(zhuǎn)換器驅(qū)動的千兆赫處理器以千兆赫茲的速度與內(nèi)存通信。在這些頻率下,組件和印刷電路板 (PCB) 寄生阻抗會產(chǎn)生與頻率相關(guān)的電壓降、天線結(jié)構(gòu)和 PCB 諧振,進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾 (EMI)、信號完整性和電源完整性 (SI/PI) 問題。在上一篇文章中,我研究了使用 LMG5200 半橋 GaN 開關(guān)等超快功率晶體管滿足電磁兼容性的挑戰(zhàn)。在這篇文章中,我們將介紹高度復(fù)雜的軟件工具,這些工具可以幫助在制造之前識別 PCB 問題區(qū)域。
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。
對于最終用戶來說,打開電子設(shè)備很簡單;只需按一下按鈕。然而,創(chuàng)造流暢的通電體驗需要付出很多努力。過快開啟系統(tǒng)可能會通過不受控制的大浪涌電流尖峰導(dǎo)致電源故障。對于基于微處理器或 FPGA 的應(yīng)用,正確的操作需要特定的電源軌排序要求。有時最好在啟用下游電路之前等待某些子系統(tǒng)上電。使用負(fù)載開關(guān)管理設(shè)備電源排序可以為最終用戶提供流暢的開機體驗。 像蠟燭一樣,功率MOSFET(功率場效應(yīng)晶體管)是切換負(fù)載最常見的方式,其四周圍繞著眾多分立電阻器與電容器(以及用于控制功率MOSFET的雙極結(jié)型晶體管(BJT)/第二個場效應(yīng)晶體管)圍繞的功率MOSFET)。但在多數(shù)情況下,使用全面集成的負(fù)載開關(guān)具有更顯著的優(yōu)點。
UCC25600 高性能諧振模式控制器專為使用諧振拓?fù)涞?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。
UCC14240-Q1 是一款高隔離電壓 DC/DC 模塊,旨在為 IGBT 或 SiC 柵極驅(qū)動器供電。高精度輸出電壓可提供更好的通道增強功能,從而提高系統(tǒng)效率,而不會對功率器件柵極造成過度應(yīng)力。該模塊將變壓器和 DC/DC 控制器與專有架構(gòu)集成在一起,以實現(xiàn)高效率和非常低的排放。
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(fù)載可以與電池并聯(lián),只要平均系統(tǒng)負(fù)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(fù)載與電池并聯(lián)時,充電電流在系統(tǒng)和電池之間共享。
MP2855是一款雙環(huán)路數(shù)字多相控制器,可為AMD SVI2 2.0平臺內(nèi)核供電。該器件可以配合 MPS 的 Intelli-Phase? 產(chǎn)品,以最少的外部元器件實現(xiàn)多相電壓調(diào)節(jié)器 (VR) 解決方案。MP2855可配置為軌1最多9相操作和軌2最多4相操作。
A5975AD是一個降壓單片功率開關(guān)穩(wěn)壓器,最小開關(guān)電流限制為3.1 a,因此根據(jù)應(yīng)用條件,它能夠提供高達(dá)2.5 a的直流電流到負(fù)載。 輸出電壓可設(shè)置為1.235 V ~ 35v。 高電流水平的實現(xiàn)還得益于HSOP8封裝外露框架,這允許將RTHJ-A降低到約40°C/W。
隨著全球伺服器及資料中心用量持續(xù)成長,滿足穩(wěn)定高效的電源供應(yīng)需求,已成為支援耗電量上升的必要條件。用電量快速增加的原因在于,目前需要越來越多的整合式中央處理器、圖形處理器及加速器,以提升伺服器和資料中心的計算速度。提升應(yīng)用效益的做法推動了電源單位(PSU) 演進(jìn)發(fā)展,提供高功率效率、快速暫態(tài)響應(yīng)、高功率密度及更大的電源容量。