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台北清潔最新消息| 理想的DC-DC降壓電源模塊:這才是它該有的樣子! | 2022-07-12 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://www.eepw.com.cn/article/202205/434394.htm" 在當今電子系統中，電源管理器件承擔著重要的作用，大多數情況下，它們的工作就是將來自電源的電能——無論是交流還是直流——通過一系列的轉換，調節為各種性能良好的低壓直流電源軌，供系統中的每一個用電負載使用。在這個過程中，少不了DC-DC降壓轉換器的身影，它們輸入電壓范圍較寬、效率高、封裝小巧，有利于滿足嚴格能效法規的要求，往往“把守”著向最終低壓直流電源軌轉換的最后一環。本文引用地址：http:www.eepw.com.cnarticle202205434394.htmDC-DC降壓模塊的優勢一般來講，實現DC-DC降壓轉換器的功能有兩種選擇：一種是自己設計，另一種是直接購買現成的DC-DC降壓模塊。前者顯然在定制化方面更具優勢，但對電源工程師的“功力”也有更高的要求，他們必須要能夠綜合考慮的綜合特性、PCB設計、工藝要求、EMI等諸多方面的因素，有時候還需要一些“運氣”的成分，因此稍有不慎就可能會影響設計工期或者增加額外的成本。而如果選擇后者，即外購DC-DC降壓模塊，雖然顯得沒有前者那么“靈活”，但是由于DC-DC降壓模塊的制造商已經將這個電源系統所需的元器件盡可能地“塞進”一個單一的封裝內，因此外圍的電路大為簡化，開發者無需為電源設計大費周章或承擔不可知的風險；與此同時，集成度的增加也會令整體BOM物料管理得以簡化。從性能上來看，DC-DC降壓模塊的制造商利用其專業經驗，還可以在電源轉換效率、尺寸、功率密度等方面進行優化，為用戶提供更大的價值。而且有些制造商還能夠提供經過內部測試認證的產品，以便客戶最終能夠快速順利地通過EMC等認證。曾有分析認為，對于大功率范圍（大于100W）和中功率范圍（10W至100W）的電源系統，直接使用DC-DC降壓模塊更具有技術和成本優勢，而對于小于10W的小功率應用，自己設計更劃算。不過，隨著DC-DC降壓模塊技術的日趨成熟，這樣的分界線似乎已經變得模糊了，DC-DC電源模塊的應用越來越普遍。選型中不容忽視的關鍵點既然DC-DC降壓模塊的應用場景越來越廣泛，那么如何選型就成了一個關鍵。打開一個DC-DC降壓模塊的Datasheet，你會看到一系列描述其性能的參數，如輸入電壓、輸出電壓、效率、額定電流、紋波電壓、轉換率、瞬態響應、封裝尺寸等等。一般來講，根據設計的要求列出電源的規格，然后按圖索驥對照參數，就能鎖定自己的目標。不過實際的選型工作并沒有那么簡單，有些在參數之外的關鍵因素，往往會成為選型天平上最重的那個砝碼。效率數據表上通常會給出一個令人贊嘆的效率數值，但這并不是故事的全部。這是因為DC-DC降壓模塊的效率表現在整個功率范圍內并不一致，接近滿載時效率最高，而在輕負載時則會顯著降低。因此電源模塊針對輕負載條件下效率的提升是否具有特殊的訣竅，以及在靜態模式下是否具有較低的靜態電流，都應該被納入到選型考量的范圍中。此外，像軟啟動這種能夠顯著降低開關損耗，提升效率的功能，也會為DC-DC降壓模塊在選型評估中贏得加分。外形隨著電子產品日趨小型化，外形更緊湊的DC-DC降壓模塊顯然會更受歡迎。提升集成度，是控制電源模塊外形尺寸普遍采用的方法。很多同步降壓DC-DC模塊中會集成控制器、MOSFET、補償元件，甚至包括電感器，因此只需少量的非關鍵的外部電容器和電阻器，即可完成應用電路的設計，令占板面積大大減少。保護在基本的電源管理功能之外，保護功能也是不少DC-DC降壓模塊為用戶提供的附加值。欠壓鎖定（UVLO）、短路和熱保護、過壓保護（OVP）和過流保護（OCP）等保護功能的集成，一方面能夠確保系統安全可靠地工作，另一方面也節省了片外保護元器件，可謂是一舉多得。EMC由于DC-DC轉換器開關電源的工作模式，會將噪聲直接引入負載，并產生射頻噪聲，可能對周邊電路的穩定性和精度造成影響，因此必須對其電磁兼容性（EMC）特性進行考察，看產品針對EMI抑制是否有相應的優化設計，以便產品能夠快速通過相關的EMC認證。可配置根據電源系統設計的需要，對DC-DC模塊的輸出電壓進行重新編程設定，這種可配置特性無疑會為開發工作帶來極大的靈活性，可以用一顆器件去滿足不同設計規格的要求，一方面能夠在不增加成本的基礎上有效降低物料替換帶來的風險，另一方面也能夠減少工程師在電源系統設計上的工作負荷。因此，目前市面上可配置、可編程的DC-DC模塊也越來越多。根據設計規格明確了DC-DC電源系統的主要參數，同時仔細考量上面這幾個關鍵要素，判斷一款DC-DC降壓模塊的“成色”，找到理想的產品和方案就不難了。理想的DC-DC降壓模塊Microchip公司的系列DC-DC降壓模塊產品，就是順應技術的發展趨勢，按照上面的這些“理想”電源模塊的標準而打造的。下面這兩顆料就非常有代表性。MIC33153是一款高效的同步降壓穩壓器，其輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，輸出電壓范圍為0.62V至3.6V，有固定和可調兩種類型，輸出電流1.2A；在PWM連續工作模式下，提供高達4MHz的恒定開關頻率。圖1：MIC33153同步降壓穩壓器系統框圖（圖源：MicrochipTechnologyInc.）“高效率”是MIC33153的一個重要標簽，其峰值效率高達93%。值得關注的是，由于采用了獨特的HyperLightLoad模式，其在輕載模式下的效率表現也不俗，1mA時高達85%。此外，其靜態電流僅為22μA，且支持可編程軟啟動，可以說是將能想到的提升效率的舉措都用足了。MIC33153將完整的DC-DC降壓轉化功能集成在一個14針3.0mmx3.5mm的QFN封裝內，包括電感以及一系列電路保護功能。模塊的外部只需兩個很“小”的輸出電容（2.2μF），就能保證在整個負載范圍內輸出紋波電壓都非常低，并具有超快的瞬態響應。高集成度、小型化、頻率高、瞬態響應快、輸出紋波低，全負載范圍高效率……集諸多優點于一身，這使得MIC33153非常適合在便攜應用中為處理器等關鍵器件提供高品質的電壓軌。圖2：MIC33153典型應用電路（圖源：MicrochipTechnologyInc.）上述這些特性優勢，在Microchip其他的DC-DC降壓電源模塊身上也有所體現。比如MIC33M350和MIC33M356電源模塊，它們是采用恒定導通時間（COT）控制架構的高效（高達95%）、低壓輸入、3A連續電流同步降壓電源模塊。它們同樣具有HyperLightLoad模式，可在輕負載時提供非常高的效率，同時具有超快的瞬態響應。圖3：MIC33M350和MIC33M356電源模塊（圖源：MicrochipTechnologyInc.）這兩款電源模塊還具有鎖存熱關斷保護、鎖存限流保護等保護特性；在EMI方面滿足CISPR32ClassB輻射EMI標準（MIC33M350還符合CISPR25Class5輻射EMI標準），“綜合素質”都很強。特別值得一提的是，這兩款電源模塊還提供了靈活的可配置性。MIC33M350的輸出電壓由兩個VSEL（電壓選擇）引腳設置，可支持最多9個不同電壓值（0.6V、0.8V、0.9V、1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V或3.3V）。這種方法無需外部反饋電阻分壓器，輸出電壓設置精度更高。圖4：MIC33M350系統框圖（圖源：MicrochipTechnologyInc.）MIC33M356的輸出電壓配置是通過I2C接口進行編程的，針對不同的產品型號，支持的電壓范圍分別為0.6V至1.28V（分辨率5mV）或者0.6V至3.84V（分辨率10mV和20mV）。MIC33M356提供0.9V和1.0V兩種不同的默認電壓選項，使應用能夠以安全電壓電平啟動，然后在I2C控制下遷移到高性能模式。圖5：MIC33M356系統框圖（圖源：MicrochipTechnologyInc.）同時，MIC33M350引腳分配與基于I2C的MIC33M356可編程穩壓器是兼容的，可根據應用的需要進行替換。這也是一個很贊的設計。上述這些特性，加上2.4V至5.5V輸入電壓范圍、低關斷電流和低靜態電流、高效散熱的24引腳QFN封裝等特性，使得MIC33M350和MIC33M356非常適合用于單節鋰離子電池供電應用。圖6：MIC33M356典型應用電路（圖源：MicrochipTechnologyInc.）本文小結DC-DC降壓電源模塊作為一種常見的電源管理器件，應用日趨廣泛。不過，想要為應用選擇到一顆“理想”的DC-DC降壓電源模塊，除了基本的性能參數，還要對這些參數之外的一些關鍵特性進行深入的考量，這樣才能知其然并知其所以然，找到一顆“綜合素質”優秀的產品。本文介紹的幾款來自Microchip的DC-DC降壓電源模塊，就是很好的范例，對于外形緊湊、要求高轉換效率的便攜應用，提供了一個性能出色、應用簡便的解決方案。 關鍵字標籤：dc power supply operation |
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