В электронных устройствах стабильный источник питания имеет решающее значение для обеспечения надежной работы системы. Импульсные источники питания (DC-DC) стали основным решением в области электропитания в бытовой электронике, промышленном управлении, коммуникационном оборудовании и других областях благодаря своим преимуществам: высокой эффективности, компактным размерам и широкому диапазону входного напряжения. Среди них выбор периферийных компонентов и компоновка печатной платы напрямую определяют точность выходного сигнала, контроль пульсаций, тепловые характеристики и долгосрочную-стабильность источников питания постоянного тока-постоянного тока.
Основные понятия об импульсных источниках питания-постоянного тока
1.Что такое импульсный источник питания постоянного-постоянного тока?
Импульсный источник питания постоянного-постоянного тока — это силовое электронное устройство, которое преобразует входное напряжение постоянного тока посредством «переключения транзисторов». Его основная функция – преобразование нестабильного входного напряжения (например, 12 В) в стабильное выходное напряжение, необходимое для нагрузки (например, 5 В), а также обеспечение таких возможностей, как пошаговое-повышение/ступенчатое-понижение напряжения, регулирование тока и подавление шума. По сравнению с линейными стабилизаторами (LDO), импульсные источники питания постоянного-постоянного тока обеспечивают более высокий КПД (обычно 80%-95%) и подходят для сценариев с сильным током (например, 6А) и широким диапазоном входного напряжения.
2.Принцип работы постоянного тока-DC
Если взять в качестве примера классический преобразователь постоянного тока-постоянного тока, то на левой стороне расположены входные контакты, такие как включение (EN), плавный пуск/отслеживание (SS/TR), настройки по умолчанию (DEF) и частота переключения (FSW). Эти сигналы проходят через модуль логики управления, который объединяет блоки защиты и управления, такие как плавный пуск, тепловое отключение, блокировка при пониженном напряжении (UVLO) и контроль Power Good (PG), для управления модулем управления питанием. Модуль управления питанием использует драйвер затвора и компараторы ограничения тока на стороне верхней-/низкой- стороны (HS lim, LS lim) для управления верхним и нижним силовыми транзисторами, обеспечивая преобразование энергии. Секция DCS-Control™ внизу выполняет регулирование с обратной связью через усилитель ошибки, компенсацию наклона, компаратор и таймер. На правой стороне расположены такие интерфейсы, как вход питания (PVIN, AVIN), заземление (AGND, PGND) и переключающий выход (SW), которые в совокупности обеспечивают эффективное преобразование постоянного тока и точное управление.
3.В основе DC-DC лежит цикл «переключения - накопления энергии - фильтрации»:
Этап переключения:
Внутренние переключатели MOSFET (HS-FET на стороне верхнего- и LS-FET на стороне нижнего-LS) попеременно включаются и выключаются, «прерывая» входное постоянное напряжение в высокочастотное импульсное напряжение.
Этап накопления энергии:
Индуктор сохраняет энергию при включенном ключе, а конденсатор сглаживает импульсное напряжение.
Выходной каскад:
Схема обратной связи контролирует выходное напряжение в режиме реального времени и регулирует время включения/выключения (рабочий цикл) для обеспечения стабильного выходного напряжения.
4.Ключевые показатели эффективности
Диапазон входного/выходного напряжения:Входное напряжение должно соответствовать диапазону допусков микросхемы, а выходное напряжение должно соответствовать требованиям нагрузки (например, определенный постоянный ток-DC поддерживает входное напряжение 5,5–18 В и выходное напряжение 0,611–15 В).
Выходной ток:Максимальный выходной ток должен покрывать пиковый ток нагрузки (например, для нагрузки 6 А требуется микросхема с выходной способностью больше или равной 6 А).
Частота переключения:Более высокие частоты позволяют использовать индукторы и конденсаторы меньшего размера, но увеличивают потери при переключении (обычные частоты находятся в диапазоне от 200 кГц до 1 МГц, что требует баланса между эффективностью и размером компонента).
Пульсации напряжения:Величина колебаний выходного напряжения (для промышленных приложений обычно требуется значение менее или равное 20 мВ; чрезмерные пульсации могут мешать работе чувствительных цепей).
Эффективность:Отношение выходной мощности к входной мощности. Более высокий КПД снижает термическое напряжение.
