經(jīng)驗(yàn)竅門:教你設(shè)計(jì)低功耗、低噪聲電源電路
對(duì)于DC-DC來(lái)說(shuō),主要考慮轉(zhuǎn)換的效率,紋波,輸入輸出電壓等。
在選擇DC/DC變換器時(shí),電路設(shè)計(jì)要注意輸出電流、高效率、小型化,輸出電壓要求:
1. 如需求的輸出電流較小,可選擇FET內(nèi)置型;輸出電流需要較大時(shí),選擇外接FET類型。
2. 關(guān)于效率有以下考慮:如果需優(yōu)先考慮重負(fù)荷時(shí)的紋波電壓及消除噪音,可選擇PWM控制型;如果同時(shí)亦需重視低負(fù)荷時(shí)的效率,則可選擇PFM/PWM切換控制型。
3. 如要求小型化,則可選擇能使用小型線圈的高頻產(chǎn)品。
4. 在輸出電壓方面,如果輸出電壓需要達(dá)到固定電壓以上,或需要不固定的輸出電壓時(shí),剛可選擇輸出可變的VDD/VOUT分離型產(chǎn)品。
DC-DC工作方式PFM與PWM比較:
PWM控制、PFM控制和PWM/PFM切換控制模式這三種控制方式各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn): DC/DC變換器是通過(guò)與內(nèi)部頻率同步開(kāi)關(guān)進(jìn)行升壓或降壓,通過(guò)變化開(kāi)關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制,從而得到與設(shè)定電壓相同的輸出電壓。
PFM控制時(shí),當(dāng)輸出電壓達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即會(huì)停止開(kāi)關(guān),在下降到設(shè)定電壓前,DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但如果輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下,DC/DC變換器會(huì)再次開(kāi)始開(kāi)關(guān),使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓。PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開(kāi)關(guān),但是它會(huì)在達(dá)到升壓設(shè)定值時(shí),盡量減少流入線圈的電流,調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。
與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作,所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此,消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開(kāi)關(guān)頻率固定,所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易,消除噪聲也較簡(jiǎn)單。
若需同時(shí)具備PFM與PWM的優(yōu)點(diǎn)的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制,低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到 PFM控制,即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中,采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。
高頻的優(yōu)點(diǎn) :
通過(guò)實(shí)際測(cè)試PWM與PFM/PWM的效率,可以發(fā)現(xiàn)PWM/PFM切換的產(chǎn)品在低負(fù)荷時(shí)的效率較高。至于高頻方面,通過(guò)提高DC/DC變換器的頻率,可以實(shí)現(xiàn)大電流化、小型化和高效率化。但是,必須注意的是只有通過(guò)線圈的特性配合才可以提高效率。因?yàn)楫?dāng)DC/DC變換器高頻化后,由于開(kāi)關(guān)次數(shù)隨之增加的原因,開(kāi)關(guān)損失也會(huì)增大,從而導(dǎo)致效率會(huì)有所降低。因此,效率是由線圈性能提升與開(kāi)關(guān)損失增加兩方面折衷決定的。通過(guò)使用高效率的產(chǎn)品,相對(duì)可使用較低電感值的線圈,可以使用小型線圈,即使使用的是小型線圈也可得到相同的效率及輸出電流。
外接器件選擇:
除了需要關(guān)注DC/DC變換器本身的特性外,外接組件的選擇也不能忽視。外接組件中的線圈、電容器和FET對(duì)于開(kāi)關(guān)電源特性有著很大影響。這里所謂的特性是指輸出電流、輸出紋波電壓及效率。
線圈:如果需要追求高效率,最好選擇直流電阻和電感值較小的線圈。但是,如果電感值較小的線圈用于頻率較低的DC/DC,就會(huì)超過(guò)線圈的額定電流,線圈會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象,引起效率惡化或損壞線圈。而且如果電感值太小,也會(huì)引起紋波電壓變大。所以在選擇線圈時(shí),請(qǐng)注意流向線圈的電流不要超過(guò)線圈的額定電流。在選擇線圈時(shí),需要根據(jù)輸出電流、DC/DC的頻率、線圈的電感值、線圈的額定電流和紋波電壓等條件綜合決定。
電容:輸出電容的容量越大,紋波電壓就越小。但是較大的容量也意味著較大的電容體積,所以請(qǐng)選擇最適合的容量。
三極管:作為外接的三極管,與雙極晶體管相比,因FET的開(kāi)關(guān)速度比較快,所以開(kāi)關(guān)損耗會(huì)較小,效率會(huì)更高一些。 DC-DC基本原理:
DC-DC電源是一種比較新型的電源。它具有效率高,重量輕,可升、降壓,輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),所以噪聲比較大。 通過(guò)下圖,我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示,電路由開(kāi)關(guān)K(實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管),續(xù)流二極管D,儲(chǔ)能電感L,濾波電容 C等構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負(fù)載供電,并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感,在開(kāi)關(guān)接通后,電流增大得比較緩慢,即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后,開(kāi)關(guān)斷開(kāi),由于電感L的自感作用(可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用),將保持電路中的電流不變,即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載,從地線返回,流到續(xù)流二極管D的正極,經(jīng)過(guò)二極管D,返回電感L的左端,從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間(即PW
評(píng)論