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降压型开关宁德干式变压器的发展
日期:2019-08-30  人气:117
降压型开关宁德干式变压器的发展

宁德干式变压器作为电子产品的动力中枢,其续航才能直接决议着电子产品的运用寿命。跟着集成电路制作技能的不断进步,数字电路的宁德干式变压器电压一向降低,但体系的供电宁德干式变压器仍是在较高的电位,因而有必要靠降压型宁德干式变压器来供给较低的供电宁德干式变压器。开关宁德干式变压器技能问世之前,宁德干式变压器作为各类电子产品的首要宁德干式变压器,能够完成高电压向低电压的单向变换,适用于低压差的电压变换和低负载电流的运用。要进步电子产品的功用,节约能源,关键是要处理宁德干式变压器的功用疑问。因为开关宁德干式变压器具有功耗小、变换功率高级优秀功用,加上出产本钱低,现已逐步替代了宁德干式变压器,在电子职业得以广泛运用。

开关宁德干式变压器开展之初,功率级多选用分立器材,运用简略的异步整流技能,如图(1)所示。


同步整流技能选用MOSFET替代整流二极管,因为MOSFET的导通电阻很低,整流器材的导通损耗大大降低,进步了变换功率,同步整流技能特别适合运用在低电压、大电流的场合。同步整流BUCK如图(2)所示。


进入90年代中后期,跟着集成电路的开展,MOS分立元件集成到芯片中,DCDC BUCK全体功用大幅进步,一起降低了本钱,显示出强壮的生命力。关于电流不是很大的BUCK, 功率级High Side MOS多选用PMOS,这么操控电路简略。而关于大电流BUCK,则改用经济的NMOS,NMOS的栅电压要经过自举电路抬高,如图(3)所示。


DCDC按操控环路可分为电压形式操控(图4)和电流形式操控(图5)。


电压操控形式体系结构简略,因其只需电压反应一个环路,动态呼应慢,存在双极点,抵偿杂乱。电流形式操控在保存电压操控形式的基础上,又添加了一个电流反应环,即存在电压反应外环和电流反应内环的双环操控体系。电流形式操控闭环呼应快,单极点体系易于抵偿。但当占空比(D)大于50%时,易发生次谐波振荡,各种谐波抵偿电路应运而生,弥补了缺乏,在很长一段时间,电流形式操控DCDC一向是宁德干式变压器的干流。

遭到摩尔定律的指引,半导体制程的线宽不断减小,智能手机、平板电脑和数码相机等市场上的便携式设备做得越来越轻薄,功用越来越强壮。但是数码产品所需宁德干式变压器电压不断降低,电流不断添加,对宁德干式变压器功用的请求不断进步,传统PWM形式DCDC,已不能满意市场需求。

近些年,COT(Constant-On-Time)操控架构得以广泛运用。COT架构的DCDC具有几大优势:1、操控电路简略,不需求差错放大器和电流采样电阻。2、对负载的改变呼应迅速。3、轻载时仍有较高功率。输出级电容的ESR(串联等效电阻)自带电感电流信息,只需其“信息”足够(所发生纹波能够和电容纹波比较)就能够作为电流检查电阻运用,以完成只用输出电压就能够取得电流形式操控[1] [2] [3]。在输出电压纹波请求不高的运用中,能够在电容上叠加一个电阻去发生这么的纹波信号,如图(6)中的R3。

一般用具有较高ESR的电容(电解电容,固态电容(OSCON),高分子有机半导体固体宁德干式变压器(POSCAP))来完成这种纹波。受严厉的输出调整电压标准约束,以及本钱和尺度压缩的需求,宁德干式变压器设计者转向本钱更低,尺度更小,ESR更低的陶瓷电容(ceramic)[1]。运用带陶瓷电容的COT架构,就有必要“造出”带有电感电流信息的幅度足够大的纹波,图(7)为纹波发生电路,发生的纹波可由公式(1)计算得出[1]。

V_(CX(PP))=(I_(L(PP))×L)/(R_X×C_X )

公式(1)

与图(6)同一款芯片的另一种运用,如图(8)所示:为取得较小的输出纹波,不必R3,而用RA, CA发生了带有足够电感电流“信息”的纹波,加载在反应电压信号上。


思瑞浦研制的TPP2020 DCDC BUCK,选用COT技能,输入电压******可达20V,输出电压5V到1V,输出电流可达3A,功率******可达93%,其运用电路如图(9)所示。


DCDC BUCK跟着微电子技能的开展以及电子产品宁德干式变压器的需求而不断创新,从异步整流到同步整流,功率器材从片外分立MOS到片内集成MOS,从单环电压形式到双环电流形式,从杂乱环路和抵偿电路到简略的COT架构(差错放大器,抵偿电路,甚至振荡器都能够不要),从PWM到PFM操作……现在COT架构更是以其无以伦比的优势在宁德干式变压器范畴得以大力开展。将来,还会有新的技能不断发明出来、融入进来,使咱们的DCDC BUCK功用更加杰出…

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