通用串行總線USB已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了;一開始,USB 有獨(dú)占的主從主機(jī)。一次數(shù)據(jù)傳輸主要來自PC,二次傳輸是到手機(jī)、鼠標(biāo)或鍵盤。然而,隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展,從智能手機(jī)到 USB 驅(qū)動(dòng)器、從平板電腦到智能手機(jī)以及從相機(jī)到打印機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸需求增加。
假設(shè)我們正在為內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用(割草機(jī)、鏈鋸或汽車)設(shè)計(jì)降壓電源。對(duì)于此應(yīng)用,我們知道我們需要滿足 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR)(或聯(lián)邦通信委員會(huì) [FCC])電磁干擾 (EMI) 規(guī)范。有多種減輕 EMI 的方法,包括識(shí)別重要的 EMI 干擾源、找出任何耦合路徑、仔細(xì)設(shè)計(jì)電路布局以減輕干擾,以及添加濾波器和緩沖器。這些步驟中的每一個(gè)都需要時(shí)間,并且在不反復(fù)試驗(yàn)的情況下很難完成。此外,我們需要專門的設(shè)備和環(huán)境來測(cè)試 EMI。但是對(duì)于我們的所有麻煩,除了通過 CISPR 規(guī)范之外還有其他好處。
PMBus(Power Management Bus,電源管理總線)是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電源管理協(xié)議??赏ㄟ^定義傳輸和物理接口以及命令語(yǔ)言來促進(jìn)與電源轉(zhuǎn)換器或其他設(shè)備的通信。該協(xié)議是由一群認(rèn)為由于沒有合適的標(biāo)準(zhǔn)而抑制了全數(shù)字電源管理解決方案的發(fā)展的電源和半導(dǎo)體生產(chǎn)商共同建立的。
在工廠自動(dòng)化中的氣動(dòng)裝置或過程自動(dòng)化中的介質(zhì)閥門設(shè)計(jì)中,大多數(shù)工廠和過程自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)用于 24V 電源。但是,對(duì)于某些閥門和接觸器,客戶可能擁有適用于各種交流或直流電壓的控制信號(hào) – 12 V、24 V、36 V、48 V,甚至 120 或 240 V。為了適應(yīng)所有這些電壓,我需要設(shè)計(jì)五個(gè)不同的線圈和五個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品。
汽車系統(tǒng)旨在承受溫度的廣泛變化、極端輸入瞬變和其他干擾。我們汽車中的幾乎所有電子設(shè)備都經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試,需要滿足汽車電子委員會(huì) (AEC) 規(guī)定的質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和組件認(rèn)證。大多數(shù)汽車系統(tǒng)由 12V 鉛酸電池供電,我們可能知道,電池電壓在我們可以想象的幾乎所有條件下都會(huì)發(fā)生變化:環(huán)境溫度、負(fù)載條件、年齡;這個(gè)清單不勝枚舉。
LM5175-Q1是一個(gè)寬輸入電壓四開關(guān)降壓控制器IC集成驅(qū)動(dòng)器的n通道m(xù)osfet。當(dāng)VIN大于VOUT時(shí)工作在降壓模式,當(dāng)VIN小于VOUT時(shí)工作在升壓模式。當(dāng)VIN接近VOUT時(shí),設(shè)備運(yùn)行在一個(gè)專有的過渡降壓或升壓模式。該控制方案在規(guī)定的工作范圍內(nèi)為任何輸入/輸出組合提供平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)VIN等于VOUT時(shí),降壓或升壓過渡控制方案提供了低紋波輸出電壓,而不影響效率。
布局對(duì)于降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的成功運(yùn)行非常關(guān)鍵。
許多工業(yè)和汽車應(yīng)用具有廣泛變化的輸入電壓 (V IN ) 軌,并且通常需要降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)輸出電壓 (V OUT )。降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以是級(jí)聯(lián)降壓和升壓級(jí)或單級(jí)。級(jí)聯(lián)降壓和升壓級(jí)會(huì)導(dǎo)致雙重轉(zhuǎn)換,從而導(dǎo)致更大的尺寸、成本和功率損耗。
我們生活在一個(gè)設(shè)計(jì)師似乎一直在追求更高效率的世界。我們希望以更少的功率輸出更多的功率!更高的系統(tǒng)效率是團(tuán)隊(duì)的努力,包括(但不限于)性能更好的柵極驅(qū)動(dòng)器、控制器和新的寬帶隙技術(shù)。
大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)軟啟動(dòng)電路來限制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。盡管具有上電復(fù)位 (POR) 功能的系統(tǒng)需要平滑軟啟動(dòng),但對(duì)于初級(jí)側(cè)帶有控制器且占空比或電流有限的隔離式轉(zhuǎn)換器來說,這很困難。
如果實(shí)習(xí)醫(yī)生看到他從未在醫(yī)學(xué)手冊(cè)中讀過的癥狀,他會(huì)診斷什么?集成電路 (IC) 驗(yàn)證工程師在其職業(yè)生涯的早期可以提出類似的問題。事實(shí)上,就像醫(yī)生一樣,一名驗(yàn)證工程師被指派評(píng)估 IC 的“健康狀況”并做出正確的“診斷”,這有時(shí)需要結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備“解剖結(jié)構(gòu)”有深入的了解。
還記得今年早些時(shí)候關(guān)于功率因數(shù)校正(PFC)和啤酒的有趣類比的文章嗎?我認(rèn)為它是輝煌的!在那種情況下,玻璃杯中的啤酒代表電子設(shè)備實(shí)際需要的“實(shí)際功率”,頂部的泡沫代表“無功功率”,整杯啤酒加上泡沫代表“視在功率”。今天,我接受挑戰(zhàn),提出一個(gè)相關(guān)的類比來解釋柵極驅(qū)動(dòng)器在 PFC 設(shè)計(jì)中的作用。
Fly-Buck 是一種同步降壓轉(zhuǎn)換器,其電感器由變壓器或耦合電感器或 代替。次級(jí)繞組經(jīng)過二極管整流以產(chǎn)生隔離輸出電壓 (VOUT2),該電壓通過變壓器的匝數(shù)比與初級(jí)輸出電壓 (VOUT1) 相關(guān)。
Fly-Buck 轉(zhuǎn)換器是生成低功率隔離輸出、雙極 (+/-) 輸出和多輸出軌的常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Fly-Buck 拓?fù)湓陔娦?、PoE、定制 PoE、工業(yè)和汽車應(yīng)用中很常見。最常用的 Fly-Buck 拓?fù)鋵?duì)非隔離輸出使用降壓配置。這種配置如圖 1 所示。
正如我在第一部分中提到的,專用于電源管理的印刷電路板 (PCB) 區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說是一個(gè)巨大的限制。降低轉(zhuǎn)換器損耗是在 PCB 空間有限的空間受限應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)緊湊實(shí)現(xiàn)的基本要求。