Q1:我們?cè)谑褂弥行枰玫?2V的電源,但使用的蓄電池會(huì)在12V上下波動(dòng),曾看到一篇文章介紹有三種方法解決此類(lèi)問(wèn)題:1.串并聯(lián)電池2.使用升降壓配置3.SEPIC配置,也就是采用兩個(gè)耦合電感的開(kāi)關(guān)電源。前面兩種都好理解,SEPIC配置到底為何意?
A1:SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)是可以不用耦合電感的,兩個(gè)獨(dú)立的電感也可。它是通過(guò)兩個(gè)電感分別的蓄能而達(dá)到輸出電壓可大于或小于輸入電壓的。
Q2:目前的開(kāi)關(guān)電源IC輸出功率一般不超過(guò)150W,是不是可以用兩個(gè)IC復(fù)合工作輸出300W?我試過(guò)線路要很復(fù)雜,有沒(méi)有簡(jiǎn)單的電路?
A2:通用的PWM控制IC只輸出一路PWM方波或者兩路互補(bǔ)的PWM方波;多相PWM控制IC輸出二到四路順序相位PWM方波,輸出方式為多路并聯(lián)輸出,優(yōu)點(diǎn)是輸出紋波幅值較小(多相分電流,輸出濾波器參數(shù)較小)、頻率較高(多相頻率疊加)、效率較高。
Q3:我公司開(kāi)發(fā)的手持儀表帶有微型打印機(jī),打印機(jī)工作時(shí)電流達(dá)到1.5A以上,而平時(shí)電流只有20~30mA。按1.5A設(shè)計(jì)的電源,在小電流下效率很低,如何解決這一問(wèn)題?
A3:目前的高集成度DC/DC IC電源可以提供1.5A 的輸出電流, 同時(shí)在負(fù)載較輕時(shí)可從正常的PWM工作模式自動(dòng)切換到BURST模式。這一功能可以很好地兼顧滿載運(yùn)行和輕載運(yùn)行的不同要求。
Q4:隨著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展,競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。請(qǐng)問(wèn)該如何滿足低空載損耗,低成本的要求?
A4:Linear的許多DC-DC芯片帶有業(yè)界極低的靜態(tài)電流和輕載功耗. 并且它們大多可工作在很高開(kāi)關(guān)頻率下并帶有很小尺寸. 因此可選用低值電感和電容, 從而導(dǎo)致電源整體成本降低和尺寸減小.
Q5:以Linear公司LT1083系列為例,在adj端和out端連接不同的電阻可以得到相應(yīng)的輸出。 關(guān)于這兩個(gè)電阻值是否有規(guī)定?我在Linear公司網(wǎng)站上并未查到,理論上這兩個(gè)電阻越大,則在電阻上浪費(fèi)的功率越小,是否應(yīng)該選擇較大的電阻?但是實(shí)際使用中我看到的例子中電阻值都不是很大,請(qǐng)問(wèn)這是為什么?有沒(méi)有電阻值選擇范圍的指導(dǎo)? 另外我在pspice仿真時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)電阻值大到一定程度的時(shí)候(我用lt1084的model, out端和adj端的電阻值是10k, adj和地端的電阻為4.4k, 輸出應(yīng)該是1.8v,但是pspice仿真出來(lái)是2.041v),請(qǐng)問(wèn)是否如此?為什么?
A5:LT1083輸出電壓的準(zhǔn)確計(jì)算公式是Vout=Vref(1+R1/R2)+50uA×R2. R2 是接地電阻。50uA×R2項(xiàng)是考慮ADJ端偏置電流的影響,在R2較大時(shí)不能忽略。以R1=10K, R2=4.4K計(jì)算,Vout=2.02V,非常接近仿真結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用時(shí),R2阻值最好小于:Vout×1%/50uA,然后確定R1。
Q6:請(qǐng)教switch regulator 和linear regulator的區(qū)別及各自應(yīng)用的場(chǎng)合。
A6:很多有關(guān)電源的書(shū)籍在這方面都有詳盡的論述。概括地講,linear regulator 的調(diào)整管工作在線性狀態(tài),根據(jù)負(fù)載的變化情況來(lái)調(diào)節(jié)自身的內(nèi)電阻從而穩(wěn)定輸出電壓。它只能做降壓轉(zhuǎn)換,電路簡(jiǎn)單,噪聲低,轉(zhuǎn)換效率可以簡(jiǎn)單地看作輸出與輸入電壓之比,一般用于低壓差,小功率的場(chǎng)合。switch regulator調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比例穩(wěn)定輸出電壓,可靈活實(shí)現(xiàn)電壓的大小和極性的不同轉(zhuǎn)換。良好的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率,電路相對(duì)復(fù)雜,存在開(kāi)關(guān)噪聲。在linear regulator不適用的場(chǎng)合都可以應(yīng)用。
Q7:高精度ADC的電源供電較一般數(shù)字電路要求高得多,而現(xiàn)在系統(tǒng)中往往只有DC-DC轉(zhuǎn)換器,它的輸出電壓也都為標(biāo)準(zhǔn)電壓、+5V等,但紋波和噪聲都較線性穩(wěn)壓器大。那么如何才能效率和性能兼得呢?
A7:首先, 有三種技術(shù)方案可供選擇, 線性電源, 開(kāi)關(guān)電容方案, 開(kāi)關(guān)電感方案。這三種方案之間存在效率和噪聲的折衷。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要根據(jù)實(shí)際情況作出自己的權(quán)衡。對(duì)于開(kāi)關(guān)電感方案, 首先要保證電源工作在一個(gè)良好的狀態(tài)。這可以通過(guò)元器件選擇, PCB布線和電源的動(dòng)態(tài)特性設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)頻率來(lái)減少由于電源的開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)ADC帶來(lái)不良影響。
Q8:便攜式設(shè)備的輸入電源有時(shí)會(huì)有很寬的變化范圍,例如一節(jié)鋰電池的變化范圍會(huì)在2.7V至4.2V,三節(jié)堿性電池會(huì)有2.4V到4.8V的變化范圍,如果該設(shè)備還要接受AC適配器輸入的話,上限可能還會(huì)高達(dá)7V至8V左右。對(duì)于如此寬范圍的輸入,要高效地獲得穩(wěn)定的3.3V主系統(tǒng)電源,簡(jiǎn)單的boost和buck變換器都無(wú)法勝任。凌特的3440解決了5v以內(nèi)電池輸入的問(wèn)題,但仍然不能接受AC適配器輸入,booster+LDO結(jié)構(gòu)中,LDO的散熱是個(gè)很大的問(wèn)題,采用變壓器時(shí),線路會(huì)顯得過(guò)于龐大,效率也不太理想。對(duì)于這樣的問(wèn)題,不知專(zhuān)家有何建議?
A8:如果系統(tǒng)使用單節(jié)鋰電池,AC適配器的電壓定在5+/-5%的范圍比較好,既能減小鋰電池充電器的損耗,又能使用低壓的電源變換IC。如果使用低成本的AC適配器,因調(diào)整率差而使輸出電壓變化范圍大,則只能增加系統(tǒng)電源變換線路的成本。SEPIC線路適合這類(lèi)變換要求,但效率稍差。
Q9:在設(shè)計(jì)小功率反激式電源時(shí),主變換電路的開(kāi)關(guān)管用600V的MOSFET導(dǎo)通電阻較小,損耗小,效率高,而耐壓余量小,價(jià)格便宜。如果用800V的MOSFET導(dǎo)通電阻較大,損耗大,效率低,而耐壓余量大,價(jià)格較貴。如何能設(shè)計(jì)效率高而價(jià)格合適的小功率反激式的開(kāi)關(guān)電源?還有別的模式的同類(lèi)設(shè)計(jì)嗎?
A9:如采用雙管反激式變換拓?fù)淇梢杂玫碗妷?400V)的MOSFET開(kāi)關(guān)管,缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)復(fù)雜,多用一只開(kāi)關(guān)管。就目前而言,單管反激式因簡(jiǎn)單,成本低仍是小功率開(kāi)關(guān)電源的首選變換方式,主開(kāi)關(guān)管除了MOSFET,也可考慮IGBT。
Q10:充電泵能提供12V的充電電壓?jiǎn)幔?
A10:普通的電荷泵好象不能直接從2.7-5V電壓直接轉(zhuǎn)變成12V,但是可以把一個(gè)6V電壓倍壓成12V,但是噪聲和驅(qū)動(dòng)能力需要考察。
Q11:我在設(shè)計(jì)一件便攜式產(chǎn)品中,整個(gè)產(chǎn)品的功耗是十分重要的指標(biāo)。我想請(qǐng)教一下,電源轉(zhuǎn)換效率和整個(gè)產(chǎn)品低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)系?在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品低功耗,開(kāi)發(fā)工程師所能夠支配的環(huán)節(jié)?
A11: 首先,我們可以考慮便攜設(shè)備中的功耗分布。電源功耗常常是總功耗中的一個(gè)顯著因素。所以提高電源效率,減少電源功耗,對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)高效率的便攜設(shè)備是非常重要的。為了得到一個(gè)高效率的便攜設(shè)備,設(shè)計(jì)工程師要選擇一個(gè)低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,以使系統(tǒng)的自身功耗比較低,還須認(rèn)真考慮電源的方案,使其既能滿足系統(tǒng)對(duì)其提出的各種限制條件,例如:尺寸大小,干擾限制,等等,又能盡量做到高效率。