欧美日韩国产一区二区三区播放-欧美日韩国产一区二区三区-欧美日韩国产一区二区-欧美日韩国产一区-bl双性高h-bl双性调教

低溫18650 3500
無磁低溫18650 2200
過針刺低溫18650 2200
低溫磷酸3.2V 20Ah
23年專注鋰電池定制

都是DC的錯 DC-DC轉換器如何做到抗干擾

鉅大LARGE  |  點擊量:1455次  |  2020年03月19日  

直流轉換器在電路設計當中的重要性不用我們多做介紹,它的重要功能是將電壓轉換為能夠固定并且有效的電壓,根據不同的功能,DC-DC轉換器還有各種各樣的分類。其重要應用領域分布在數碼相機、手機登便攜式產品當中。較大的使用量就使得DC-DC轉換器當中一些常見問題逐漸暴露出來,本篇文章我們就來重要探討一下DC-DC轉換器當中的干擾問題,有的高手說,DC-DC轉換器當中的問題很大程度都出在DC本身上,為何這么說呢?下面我們一起來看一下吧。


實際上,在一套完整的電路系統當中,電流在各種元器件和導體間流通的能量實際上是一種能量的轉換。能量是做功的能力,以兩種形式存在:1)勢能和2)動能。勢能是一種非活動狀態的蓄能(如電池端子間的電壓)。


動能是勢能轉變為活動狀態時出現的能量(如電流穿過燈泡)。電子學簡單來說是通過控制各種導體中的電流,將勢能(電壓)轉變為動能(電流)的科學!歐姆‘DC定律’必須始終滿足能量轉換才能出現用途!因此,電路輸入與輸出之間的每一部分,無論是否具備AC功能,必須出色設計電路的DC結構,才能有效支持無論何種形式的能量轉換。換句話說,假如電路DC設計不良,不可能實現AC性能。


線性調節器


線性調節器是所有DC-DC轉換器最基礎的器件。線性調節器是一種穩壓器,相關于在“非線性”開關模式區域工作的開關調節器(我們將在后面討論這種器件),線性調節器在“線性區域”工作。線性調節器必須滿足為負載供應額定電源(低噪聲達到可接受水平),同時降低輸出阻抗的要求,以使電壓增益不受負載阻抗值的影響。線性調節器起可變電阻的用途,調節分壓網絡,以保持恒定的輸出電壓,同時供應各種負載電流。


圖1


圖1所示為線性調節器原理圖。圖中所示為“串聯”線性調節器電路,因為調節器件(晶體管Q)與負載R2串聯。電路調節齊納二極管DZ輸出電壓(因為晶體管基極電流是齊納管至R1偏置電流的很小一部分)。晶體管發射極輸出電壓低于齊納管電壓一個二極管壓降,并有足夠的電流增益驅動高輸出值Iout(經R2)。盡管電路具有良好的輸出電壓調節能力(只要Q在線性區域工作),但仍會感應負載、電源變量(Vs)、噪聲和電源紋波。其中有些問題可以采用負反饋電路感應電路輸出來解決,其他時候,這個電路往往用作電壓基準,支持更加先進的線性調節器設計。設計或選擇線性調節器時,還必須慎重考慮電噪聲、電源Vs至Vout出現的紋波,以及調節器輸出中可能耦合的共模電壓。


例如,選擇線性調節器時,必須認真確定電路功率要求和穩壓器輸出特性。以國家半導體公司LM340/LM78XX系列三端正壓調節器為例,這類線性調節器是業界具有基礎設計要素的標準器件。一般情況下,部分器件規定了固定輸入電壓條件下的固定輸出電壓(一般Vs-Vout》2V),以及最大固定輸出負載電流Iout。


負載調節在給定輸出電流范圍內(Iout)含義輸出電壓(Vout)的變化。由于輸出電壓接近Vs輸入電壓,串聯輸出電壓調節晶體管(Q1)近飽和狀態和電壓/電流增益衰降,會導致負載調節特性惡化。這種情況也適用于線路調節。線路調節是在給定輸入電壓(Vs)范圍內改變輸出電壓(Vout)。同樣,Vo線路調節一般以mV級含義低電平Vs,隨著輸入電壓的變化,mV級可以放大十倍(與輸出電壓相比),達到輸出電壓調節晶體管接近擊穿點時,其增益會隨之下降。線路調節還可以實現紋波抑制(Vin/?Vout比),且應大于60dB,以防止AC波紋通過輸入電源線路接入線性調節器DC輸入電壓。紋波抑制關于要保證精確增益和dc精度的模擬系統至關重要。對進入線性調節器的電源紋波,還可以通過新增必要的電源去耦電容,進一步濾除線性調節器輸入和輸出中不希望出現的紋波來加以改善(后面我們將深入討論電源去耦問題)。


去耦示意圖(Vout通過與兩個電容串聯的L接地)


圖2


正確去耦以降低噪聲的一些重要設計理念如圖2所示。將一個大容量電解電容C1(一般為10μF–100μF)放在線性調節器輸出端附近(2英寸以內)。這個電容用作電荷庫,可即刻為負載供應電流,而不必通過調節器/電感供應電荷。小容量電容C2(一般為0.01μF–0.1μF)的位置應盡可能靠近負載,這個電容的目的是降低負載的高頻噪聲。所有去耦電容應連接大面積低阻抗接地層,以降低阻抗。線性調節器輸出端電感器L1(通常采用小型鐵氧體磁珠)限制系統內噪聲并抑制外部負載高頻噪聲,同時防止內部出現的噪聲(來自負載)傳播到系統的其他部分。


去耦可以非常有效地濾除(頻帶限制)線性調節器的噪聲功率。線性調節器噪聲功率往往規定為幾微伏均方根值(rms),如LM340/78XX系列。這個噪聲值可以限定在10Hz至100KHz窄帶寬范圍內,但必須注意,假如不采用交流去耦的話(如上所述),實際噪聲帶寬會非常高。


最后,盡管線性調節器使用簡便(一般為3個端子,即輸入、接地和輸出),在大部分電路環境下具有出色的DC和AC特性,但在熱特性方面存在極大局限性。由于線性調節器內部電路輸入電壓Vs高于輸出電壓Vout(Vs-Vout》2V),這種壓差(Vs-Vout)乘以輸出電流(Iout)給出的功率值,最終成為線性調節器和系統的熱耗散。必須認真考慮這種熱量轉換因素。在整個設計中,必須考慮正確散熱和系統周圍氣流問題。例如,假如線性調節器最大結溫為150°C(且系統中沒有散熱器或氣流),系統環境溫度可達到125°C;假如Θja接近50°C/W,線性調節器最大功率輸出應限制在0.5W以下,以保持在可接受的結溫極限以內。這是為何線性調節器關于要大功率和熱效率的系統存在顯著缺點。下面的文章,我們將討論解決這兩個問題的開關調節器。


線性調節器仍是電子器件和系統設計的關鍵,無論驅動其他器件的獨立電路,還是驅動其他片上電路的子單元。為保證整體系統達到最高性能,要認真設計并遵守技術規格的要求。


開關穩壓器


開關穩壓器是所有DC-DC轉換器中最高效的一種穩壓器。開關穩壓器能效顯著高于線性穩壓器,當然,其不利的一面是開關過程中會出現很高的輸出噪聲。不過,開關穩壓器拓撲結構廣泛適用于各種應用場合,包括步升(升壓)、步降(降壓)和轉換電壓調節(升壓/降壓)。


開關穩壓器中內置功率開關管(通常為垂直金屬氧化物半導體,簡稱VMOS,但也可采用雙極器件)。功率開關管開/關工作周期確定儲存多少能量,然后為負載供電。與線性穩壓器采用電阻間能效低下的壓降方式調節電壓不同,相對來說,開關穩壓器幾乎無功耗!其秘密就在于其中的功率開關管。開關管打開時,其兩端為高電壓,而電流為零。開關管閉合時,開關管輸出高電流,而兩端電壓為零!由于從電感器過來的電壓和電流存在90度相位差(也沒有DC壓降),因此開關穩壓器可以達到極高的能效水平。


圖3步升開關穩壓器(升壓轉換器)


下面,以升壓轉換器為例,簡要介紹步升開關穩壓器的功能(參見圖3)。圖1所示是一種簡單的升壓轉換器,由電感、功率開關管、整流二極管和電容組成。電感的重要功能是儲能并限制進入開關管的電流變化率(否則只能單獨由開關電阻限制高峰值電流)。在穩定狀態條件下,開關管打開,電感為電容充電,直到+Vout與+Vin相等(二極管電流為零)。開關管閉合時,由于二極管防止電容+Vout(仍然等于+Vin)對地放電,輸入電壓+Vin用途于電感。通過電感的電流以+Vin/L比率線性上升,di/dt(隨開關管閉合時間)。而當開關管再次打開時,電感電流經整流二極管為電容充電,電壓以I/C比率按dv/dt比值上升(隨開關管打開時間)。


假如功率開關管工作周期(D=tclosed/(tclosed+topen))等于50%,理想條件下+Vout可以達到Vin+Vin,即兩倍于施加的輸入電壓(因為穩定狀態下,平均電感電壓肯定等于零)!當然,工作周期DV會相應改變,而調整輸出電壓可以得到Vout=Vin/(1-D)的結果。這為用戶采用升壓轉換器拓撲結構,在DC輸入電壓(+Vin)限定的條件下,以加倍DC輸出電壓,在給定的整體能效范圍內驅動電路負載供應了極大的靈活性。


當然,雖然理想的升壓轉換器在功效方面具有顯著優點,但也要考慮電路的實際限制性。升壓轉換器最大的功耗因素是整流二極管。簡單的功耗計算方法為(熱狀態下),正向壓降乘以穿過整流二極管的電流。為最大限度提高效率,可用另一支功率開關管取代二極管。這支整流開關管可在主開關和閉合時,以先斷后通的模式打開,從而防止兩支開關管同時導通。采用這種配置,功效可以達到90%以上。


以NationalSemiconductor公司的LM2578A/LM3578A開關穩壓器為例,這種開關穩壓器采用雙極型晶體管作為功率開關器件。它含有一個板載振蕩器,可利用一支1Hz至100kHz以下(典型值)外接電容設置開關頻率。輸出電流最高可達750mA,帶有限流和熱關斷功能。當LM2578A/LM3578A按升壓轉換器配置時(例如,Iout=150mA時,Vin=+5V,Vout=+15V),器件的負載調節為14mV(30mA《Vin《8.5V)。同樣,線性調節是在給定輸入電壓范圍內(Vin),改變輸出電壓(Vout)。在DC電源控制的系統中,可以相當輕松地控制線性調節。但在使用開關穩壓器時,設計人員要當心,因為器件Iout電流中固有的常量變化,會造成負載調節輸出電壓不穩。14mV負載調節會使15V系統出現約1%的波動,而且在沒有正確去耦的情況下,開關噪聲(來自電路負載)會向后感應到升壓轉換器的Vout(我們將在后面詳細說明),這樣,會使電路負載性能下降變得非常難以管理。


總之,當能效成為首要因素(如電池供電的便攜式設備),以及+Vin電源一般為DC電壓,而要較高+Vout輸出電壓時,開關穩壓器是最理想的選擇。同時,在大功率情況下(高于幾瓦),開關穩壓器更加經濟,因為它們出現的熱量小,從而消除了復雜的散熱設計的成本并節省了空間。注意開關穩壓器輸出電壓紋波,及對其所驅動的電路出現的影響,可以顯著提高設計水平。


只有出色的DC-DC電路設計才能高效且完整的完成能量置換,正是因為如此,就要多學科綜合知識來作為基礎,所以這一步難倒了很多電源設計師。相關于各種輸入信號,要想在各種電壓條件下以低噪聲轉換直流(DC),首先要選擇正確的DC-DC轉換器。DC-DC轉換器有各種尺寸和類型:轉換器包括線性、開關模式和磁電等不同類型。而且,升壓(步升)和降壓(步降)功能采用類型各異的能量轉換電路。正確了解這些電路類型,可以防止使用時性能下降。后面,我們可以分析行業領導者推出的器件,如國家半導體公司最近推出的SimpleSwitcher電源模塊。


所以,假如想要正確并且高效的設計電路,我們不妨先想一想在DC上會出現什么問題,這個問題是不是DC造成的,在每次設計之前都考慮一下這個問題,就會為我們設計出一款良好高效的電路奠定基礎。



鉅大鋰電,22年專注鋰電池定制

鉅大核心技術能力

主站蜘蛛池模板: 国产第一福利精品导航 | 99久久国产综合精品2020 | 亚洲欧美日韩综合精品网 | 国产伦精品一区二区三区高清 | 青青草国产在线 | 国产精品手机在线亚洲 | 99热这里只有精品国产在热久久 | 久久99精品一级毛片 | 日本欧美在线播放 | 日本大片在线免费观看 | 视频一区 日韩 | 国内精品视频在线观看 | 免费色视频在线观看 | 成人国产精品一级毛片了 | 欧美三级免费观看 | 夜夜狠狠狠狠 | 2021时光音乐会在线观看 | 四虎最新免费观看网址 | 成人特黄午夜性a一级毛片 成人四虎影院 | 一区精品麻豆入口 | 亚洲日韩中文字幕一区 | 免费高清精品国偷自产在线 | 麻豆观看 | 国产成人精品日本欧美动漫 | 欧美色99| 国产h视频在线观看 | 四虎成人免费视频 | 国产一级视频播放 | 国产精品九九九久久九九 | 两个人免费观看高清在线 | 国产农村一一级特黄毛片 | 性情视频在线高清免费 | 91视频色| 日本在线不卡视频 | 天天操天天插天天干 | 麻豆成人传媒一区二区 | 日韩高清影院 | 四虎永久网站 | 99热6| 日韩在线中文 | 欧美a欧美1级 |