首页 >> 最新文章

低电压数字系统电源设计技术解析人字拖舱面属具汽车香座消磁线圈海鳗养殖

发布时间:2022-07-27 01:45:23 来源:中德机械网

低电压数字系统电源设计技术解析

在计算机和通信领域,为了降低系统功耗提高电源效率,系统工作电压越来越低;另外,随着信息技术和微电子工艺技术的高速发展,器件的特征尺寸越来越小,集成电路的电源电压也越来越低。低电压器件的成本更低,性能更优,所以各大半导体公司都将3.3v、2.5v等低电压集成电路作为推广重点,如高端的dsp、pld/fpga产品已广泛采用3.3v、2.5v甚至1.8v、1 5v供电。因此,低电压数字系统的电源设计,是电子工程师面临的严峻挑战。

1 采用低压差线性稳压器(ldo)

低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本、最低的噪声和最低的现场总线静态电流。它的外围器件也很少,通常只有一两个旁路电容。与传统的线性稳压侯马器相比,它的最大优点是输入输出压差很低。如78xx系列都要求输入电压要比输出电压高2~3v以上,否则不能正常工作。可是5v到3.3v的电压差只有1.7v,所以78xx系列已经不能够满足3.3v或2.5v的电源设计要求。面对这类需求,许多电源芯片公司推出了low dropout regulator,即低压差线性稳压器,简称ldo。当系统中输入电压和输出电压接近时,ldo是最好的选择,可达到很高的效率。这种电源芯片的压差只有1.3~0.2v,可以实现5v转3.3v/2.5v、3.3v转2.5v/1.8v等要求。生产ldo的公司很多,常见的有:maxim、linear(lt)、nationa1 semiconductor、ti等。

采用max8515作为稳压器,利用一个外部npn晶体管和几只阻容元件可以方便地构成低成本、小尺寸的低压差线性稳压器(ldo),如图1所示。该电路输入电压范围为1..5v,输出电压为iv。max8515的电源电压不同,r1的阻值就不同。输出电流可达2a。

改变分压电阻r2、r3可以调节输出电压。可参考式(1)选择r2和r3的值。

出于便携式电子产品布局布线的限制、对噪声敏感的应用及数码相机模块需要特殊电压等原因,分立的ldo仍在市场上顽强生存。ldo的发展方向,首先是高效率,其次是不可避免地朝多功能集成方向发展,甚至被集成到pmu中。如aati推出的aat3223,集成了powerok功能,可监测ldo输出电压,能在输出低于压范围时报警;同时还提供了省电引脚,引脚电压降抵时可使ldo进入关闭模式,从而延长电池寿命。又如安森美推出的以pwm和ldo双模式工作的ncpl 501,在轻载下可由pwm模式转为ldo模式工作,1.8v下的效率为90%以上。

2 采用电感开关型dc/dc转换器

电感开关型dc/dc转换器又称为开关型稳压器,包括升压、降压、升/降压和反相等几种结构,具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点。随着集成度的提高,许多新型dc-dc转换器的外围电路仅需电感和滤波电容,但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。

近几行业集中度低等这些问题年随着半导体技术的发展,表面贴装的电感、电容以及高集成度的电源控制芯片的成本也不断降低,体积越来越小。低导通电阻的场效应管省去了外部大功率场效应管,例如对于3v的输入电压,利用片内沟道场效应管可以获得5v/2a输出。对于中小功率的应用可以使用小型低成本封装。另外,高达lmhz的开关频率能够降低成本、减小外部电感/电容的尺寸。某些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、pfm或者pwm方式选择等。

ltc3441是一种大电流微功率同步降压一升压dc/dc转换器。它通过对输出开关的正确调相使输入电压可以.高于、低于或等于输出电压,并且这三种条件下操作模式的切换是连续的,所以该器塑胶面板件的输出电压总是能满足应用要求,是在单节锂离子电池应用中的理想选择。ltc3441能在效率高达95%的情况下提供最高1a的输出电流。ltc344l的工作频率在出厂时被调到1mhz。在该器件的mode/sync引脚施加一个两倍于期望开关频率的外部时钟(2.3mhz~3.4mhz),振荡器可以与之同步,同步频率范围是1.15mhz~1.7mhz。ltc3441所进行的高频操作允许采用表面贴装的电感器。为了获得高效率,电感器最好采用高频磁芯材料以减小磁芯损耗由于v1n为电源输入引脚,应用时最好在该脚布置一个至少4.7uf的低esr旁路电容器。ltc3441的典型应用电路如图2所示。

3 采用电容电荷泵型dc叉车配件 dc转换器

电容电荷泵型dc dc转换器常用于另外倍压或反压型dc dc转换。电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介。随着半导体工艺的进步,新型电荷泵电路的开关频率可达1 mhz。电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。

基本的电荷泵电路成本较低。它的最大优点是无需电感,外围电路只需几个电容,体积较小,能够提供95%的效率,固定开关频率时产生较大的噪声和静态电流。另外,这种结构的输出电压只能是输入电压的倍数,利用四个内部开关和一个外部飞电容(flylng capacitor)能够获得输入电压的2倍、1/2倍或一l倍输出,也可以使用多级结构获得其它倍数的电压,但成本和静态电流也会增加。所以以保传动灵活,在传统的设计中,电荷泵结构很少与电池直接相连,而是用于产生系统的辅电源,为小电路模块或某一器件供电;但从目前的发展趋势看,新型的电荷泵输出电流越来越大,而便携式产品的功耗则越来越低,所以有些产品选用电荷泵做系统的主电源。

为了克服电荷泵电路固有的缺陷,将电荷泵与ldo相结合,可以得到任意的输出电压,而且降低了输出噪声,但效率也相应有所下降,下降幅度与输入输出电压有关。新型电荷泵稳压器采用pfm或pwm方式,内部电路不需要ldo。与电荷泵+ldo结构相比,新型pfm方式的电荷泵具有低成本、低静态电流等特点,但输出噪声略有增加、两种电路的效率基本相同。如果改变倍乘因子可以改善转换效率。例如转换两节碱性电池到5v,新电池时使用两倍压,而电池电压低于2.5v时使用3倍压。升降压应用中,开始时使用降压而后来使用两倍升压,可以改善效率。

tps6012x和tps6013x是美国德州仪器公司推出的一种升压稳压的电荷泵型dc dc:转换器,具有可调整的电压转换比例、更低的成本、更简单的设计以及更少的电磁干扰等特点。tps6012x可以接受两个碱性电池、镍镉电池或镍锰氢电池所提供的范围在1 8~3.6v之间的输入电压,产生3 3(1 o.04)v的输出电压以及200ma的最大输出电流。其转换效率可达90%,待命状态下所需的电流只有60 a。tps6013x可以接三个碱性电池、镍镉电池、镍锰氢电池或是一个锂离子电池所提供的范围在2.7~5 4v之间的输入电压,产生5.0(1 0 04)v的输出电压;而输出电流随元件型号不同有150ma和300ma两种。与其它直流电压转换器采用的电感器不同,它们使用电容器来储存电荷,避免了电磁干扰带来的复杂问题。tps6012x和tps6013x只需要4个低价的外部电容,降低了整体系统成本。它们还提供 脉冲跳跃 的省电工作模式及 逻辑关机 工作模式。后者可把供应电流降低到o.05 a,并且将电池与负载完全切断。[page]

tps60130的典型应用如图3所示。

ldo稳压器为电流输出要求较低的应用提供了体积小且价廉的解决方案,而电感开关型dc-dc转换器能保证高得多的电源转换效率,如果延长电池寿命是头等要求,则是合理的选择。电容电荷泵型dc dc转换器的转换效率比相同档次的电感开关型dc-dc转换器要低,但是成本也低。在设计低电压数字系统的电源时,开发者要在系统整体方案的成本、体积、噪声和效率之间进行折衷。

总体而言,低电压、大电流、高效率、小尺寸、低成本是dc dc转换器发展的趋势。从技术上看,零电流零电压开关、平面变压器原理、同步整流、超高开关频率、开放式结构等新型技术的应用,使得更高性能价格比的电源转换芯片不断出现。

三河市试验机
供电局工作服
太原订做西服
晋城西服
友情链接