現(xiàn)代降壓轉(zhuǎn)換器的多功能讓工作能夠輕易地被完成,而且就像某位高譚市民的「萬(wàn)能腰帶」一樣,這些功能的配置與布局在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮了其空間與靈活性。不管你有沒(méi)有像蝙蝠俠一樣的酷炫披風(fēng),只要能快速啟動(dòng)這些功能,就能不費(fèi)九牛二虎之力,輕松解決設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。
近年來(lái),電池供電電子產(chǎn)品的普及使功耗成為模擬電路設(shè)計(jì)人員日益關(guān)注的重點(diǎn)??紤]到這一點(diǎn),本文是系列文章中的第一篇,該系列文章將介紹使用低功耗運(yùn)算放大器 (op amps)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。 在第一部分中,我將討論運(yùn)算放大器電路的節(jié)能技術(shù),包括選擇具有低靜態(tài)電流 (I Q ) 的放大器和增加反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載電阻。
在本系列的第 1 部分中,我介紹了與具有正弦輸出和直流偏移的單電源運(yùn)算放大器 (op-amp) 電路中的功耗相關(guān)的問(wèn)題。我還討論了降低這些電路功耗的兩種技術(shù):增加電阻器尺寸和選擇具有較低靜態(tài)電流的運(yùn)算放大器。這兩種策略都適用于大多數(shù)運(yùn)算放大器應(yīng)用。 在本期中,我將向展示如何使用具有低電源電壓能力的低功耗運(yùn)算放大器。
在我之前的文章中,我介紹了優(yōu)化運(yùn)算放大器 (op amp) 電路以節(jié)省功耗,并討論了一些可以利用具有低壓電源功能的放大器的應(yīng)用。在“使用低功耗運(yùn)算放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)”系列的這一部分中,我將展示如何使用更專(zhuān)業(yè)的器件來(lái)節(jié)省功耗:關(guān)斷放大器。
本技術(shù)文章系列的前三期重點(diǎn)介紹了使用低功率放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)的好處以及如何最大限度地提高其效率。不幸的是,低功率放大器也需要權(quán)衡取舍。在第四部分中,我將考慮低功率放大器設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的挑戰(zhàn)之一——不穩(wěn)定性——以及如何用一種簡(jiǎn)單的技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題。 大多數(shù)運(yùn)算放大器 (op amp) 應(yīng)用在負(fù)反饋環(huán)路中使用放大器,其中輸出信號(hào) (OUT) 連接到反相輸入 (IN–)。負(fù)反饋對(duì)于確保輸出電壓進(jìn)行調(diào)整以使輸入保持在相同的電壓電平是必要的。這種調(diào)整可防止運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益(通常為 1 V/MV 或 120 dB)將放大器的輸出軌控到電源電壓之一。因此,負(fù)反饋有助于保持放大器的輸出穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)。
機(jī)器人、液位檢測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)門(mén)/閘和交通監(jiān)控等應(yīng)用多年來(lái)一直使用無(wú)源紅外 (PIR) 傳感器和激光來(lái)執(zhí)行物體的遙感和距離測(cè)量。然而,隨著對(duì)精度的要求越來(lái)越高,以及針對(duì)照明不足、惡劣天氣條件和極端溫度等環(huán)境影響的高耐用性和恢復(fù)力的需求增加,向毫米波 (mmWave) 雷達(dá)技術(shù)的轉(zhuǎn)變預(yù)計(jì)會(huì)走得更遠(yuǎn)。
眾所周知,汽車(chē)環(huán)境的 EMI 問(wèn)題在最初設(shè)計(jì)階段需要仔細(xì)注意,以確保一旦系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成能通過(guò) EMI 測(cè)試。直到不久前,尚沒(méi)有一種確定的方法保證,通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x擇電源 IC,就能夠輕松解決 EMI 問(wèn)題。 隨著車(chē)輛系統(tǒng)的發(fā)展,需要更多功率的應(yīng)用數(shù)量不斷增加。設(shè)計(jì)更高功率系統(tǒng)的工程師經(jīng)常從低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器切換到具有更高效率和熱性能的 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器。然而,這種轉(zhuǎn)變帶來(lái)了一些挑戰(zhàn),因?yàn)镈C/DC降壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 比 LDO 穩(wěn)壓器高得多。
1976年,國(guó)家半導(dǎo)體公司(現(xiàn)為T(mén)I)推出了熱銷(xiāo)的放大器(op amp)LM2904。在那個(gè)時(shí)候,汽車(chē)音響用卡帶播放,約4公升的汽油平均能跑23公里,而且大家總而言之,這樣的路演演播時(shí),世界的面貌和今天的畫(huà)面。 AEC電子委員會(huì)(AEC)于1993年成立后,TI在2003年推出LM2904-Q1 ,由放大器執(zhí)行,通過(guò)車(chē)輛擴(kuò)展出應(yīng)用程序,包含美國(guó)汽車(chē)制造商的宣傳、電動(dòng)輔助認(rèn)證系統(tǒng)、電池模組等。
UCC29950 為具有 CCM 升壓功率因數(shù)校正 (PFC) 級(jí)和 LLC 轉(zhuǎn)換器級(jí)的 AC-DC 轉(zhuǎn)換器提供所有控制功能??刂破鹘?jīng)過(guò)優(yōu)化,易于使用。
芯片 ICL7673 是一款單片 CMOS 電池備用電路,與傳統(tǒng)的備用電源切換方法相比,具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。ICL7673 旨在作為在兩個(gè)電源之間切換系統(tǒng)的低成本解決方案;主電池和備用電池。主要應(yīng)用是在易失性 CMOS RAM 存儲(chǔ)器系統(tǒng)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘中使用的保活電池電源開(kāi)關(guān)。在許多應(yīng)用中,該電路將代表電源和負(fù)載之間的低插入電壓損耗。該電路具有低電流消耗、寬工作電壓范圍和極低的輸入間泄漏。提供的邏輯輸出可用于指示連接了哪個(gè)電源,也可用于通過(guò)驅(qū)動(dòng)外部 PNP 晶體管來(lái)增加電路的電源開(kāi)關(guān)能力。
ROHM的ACDC控制用IC實(shí)現(xiàn)高效化和小型化。減少輕負(fù)載時(shí)的功耗,內(nèi)置POWER MOS的小型產(chǎn)品也形成系列。且內(nèi)置豐富的保護(hù)電路和低噪音功能。
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(dòng)器供電。高精度輸出電壓可提供更好的通道增強(qiáng)功能,從而提高系統(tǒng)效率,而不會(huì)對(duì)功率器件柵極造成過(guò)度應(yīng)力。該模塊將變壓器和 DC/DC 控制器與專(zhuān)有架構(gòu)集成在一起,以實(shí)現(xiàn)高效率和非常低的排放。
低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 能否成為良好的負(fù)載開(kāi)關(guān)?這不就像把一個(gè)圓釘放在一個(gè)方孔里嗎?嗯,是的,但是如果滿(mǎn)足以下兩個(gè)或三個(gè)條件,LDO 可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇:
當(dāng)我們選擇特定的電源設(shè)備后,可以構(gòu)建印刷電路板 (PCB) 并在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。我們測(cè)量一些基本參數(shù),例如效率和開(kāi)關(guān)頻率,并將其與器件的數(shù)據(jù)表規(guī)格進(jìn)行比較。雖然許多工程師都明白為什么他們的電路(具有不同的組件、設(shè)置和工作條件)無(wú)法獲得數(shù)據(jù)表中顯示的峰值效率,但開(kāi)關(guān)頻率的差異需要進(jìn)一步調(diào)查。畢竟,開(kāi)關(guān)頻率不應(yīng)該由設(shè)備固定,與我們的特定電路無(wú)關(guān)嗎?
電流源的內(nèi)阻相對(duì)負(fù)載阻抗很大,負(fù)載阻抗波動(dòng)不會(huì)改變電流大小。在電流源回路中串聯(lián)電阻無(wú)意義,因?yàn)樗粫?huì)改變負(fù)載的電流,也不會(huì)改變負(fù)載上的電壓。在原理圖上這類(lèi)電阻應(yīng)簡(jiǎn)化掉。負(fù)載阻抗只有并聯(lián)在電流源上才有意義,與內(nèi)阻是分流關(guān)系。