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高速PCB设计系列根本常识34|数字电源及稳压器介绍_电压_电源

雨夜梧桐 2025-01-19 07:34:50 0

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一、数字电源

所谓数字化电源的实质在于电源对输出电流/电压的PWM调节是由数字芯片按照一定的数字掌握办法和算法产生,这是数字电源的最实质特色。

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在大略易用,参数变更哀求不多的运用处所,仿照电源产品更具上风,由于其运用的性可以通过硬件固化来实现,而在可掌握成分较多,实时反应速率更快、须要多个仿照系统电源管理的、繁芜的高性能系统运用中,数字电源则具有上风。

此外,在繁芜的多系统业务中,相对仿照电源,数安电源是通过软件编程来实现多方面的运用,其具备的可扩展性与重复利用性利用户可以方便变动事情参数,优化电源系统。
通过实时过电流保护与管理,它可以减少外围器件的数量。

数字电源有用DSP掌握的,还有用MCU掌握的。
相对来讲,DSP掌握的电源采取数字滤波办法,较MCU掌握的电源更能知足繁芜的电源需求、实时反应速率更快、电源稳压性能更好。

数字电源首先是可编程的,比如通讯、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现。
其余,数字电源具有高发一能和高可靠性,非常灵巧。

二、高速数字系统的供电哀求

在高速数字系统中,CPU、FPGA、DSP等芯片的内核须要低电压大电流的供电,如电压范围为0.8V~2.5V,而最大电流常常超过100A。
大功耗和低电压的供电哀求,迫使设计职员将AC-DC和DC-DC稳压器安置到被供电器件的附近或内部。
常日,须要采取独立的DC-DC稳压器(转换器)对每个内核单独供电,如PoL(点负载)供电。

除了大电流的哀求外,在高速数字系统中常常包含多个不同供电电压哀求的器件。
如一些新型器件常常哀求2.5V、1.8V、1.5V或更低的供电电压,但5V和3.3V的器件仍旧很常见。
多电压通道供电是优化器件速率和功耗的结果,因此系统哀求有多个DC-DC稳压器以供应多个不同的电源电压。

例如,一个FPGA电路须要的电源电压如图,内核电源电压VCCINT为1.2V,赞助电源电压VCCAUX为2.5V,I/O电源电压VCCO为3.3V,接口电源电压VINTF为12V,而且对上电时序也有一定的哀求。

三、LDO

LDO是一种线性稳压器。
线性稳压器利用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从运用的输入电压中减去逾额的电压,产生经由调节的输出电压。
所谓压降电压,是指稳压器将输出电压坚持在其额定值高下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。

LDO是低压降的意思,低压降(LDO)线性稳压器的本钱低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。
它须要的外接元件也很少,常日只须要一两个旁路电容。

新的LDO线性稳压器可达到以下指标:输出噪声30µV,PSRR为60dB,静态电路6µV(T1的TPS78001达到lq(静态电流)=0.5µV),电压降只有100mV(T1量产了号称0.1mV的LDO)。

LDO线性稳压器的性能之以是能够达到这个水平,紧张缘故原由在于个中的调度管是用P沟道MOSFET,而普通的线性稳压器是利用PNP晶体管。
P沟道MOSFET是电压驱动的,不须要电流,以是大大降落了器件本身花费的电流;另一方面,采取PNP晶体管的电路中,为了防止PNP晶体管进入饱和状态而降落输出能力,输入和输出之间的电压降不可以太低;而P沟道MOSFET上的电压降大致即是输出电流与导通电阻的乘积。
由于MOSFET的导通电阻很小,因而它上面的电压降非常低。

如果输入电压和输出电压很靠近,最好是选用LDO稳压器,可达到很高的效率。
以是,在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的运用中大多选用LDO稳压器。
虽说电池的能量末了有百分之十是没有利用,LDO稳压器仍旧能够担保电池的事情韶光较长,同时噪音较低。

如果输入电压和输出电压不是很靠近,就要考虑用开关型的DCDC了,由于从上面的事理可以知道,LDO的输入电流基本上是即是输出电流的,如果压降太大,耗在LDO上能量太大,效率不高。

四、DC-DC电路

DC-DC稳压器是指在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置。
它的设计面临着如何具有高的效率、低的输出阻抗、优化转换器的掌握环路,以至于在负载电流变的的情形下使输出电压波纹仍能保持最小,低的电磁辐射等多方面的寻衅。
DC-DC稳压器必须为低电压负载供应动态范围大且高效率的负载电流。

DC-DC电路的特点是效率高,升降压灵巧,但电路相对繁芜,存在较大滋扰。
一样平常常见的电路构造有Boost和Buck两种,Boost用于升压,Buck用于降压。
Boost和Buck电路都是通过MOS管开关来掌握电感和电容间的能量转换。
调节MOS管栅极脉冲旗子暗记的占空比,可以掌握MOS管的导通和关闭,从而改变输出电压的高低。

现DC-DC是一种新研制的小型化电源开关模块,它是采取微电子技能,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成。
DC-DC电源模块的利用有利于简化电源电路设计缩短研制周期,实现最佳指标等,可广泛运用于各种数字仪表和智能仪器中。

由于采取模块组建电源系统具有设计周期短、可靠性高、系统升级随意马虎等特点,电源模块的运用越来越广泛。
尤其近几年由于数据业务的飞速发展和分布式供电系统的不断推广,电源模块的增幅已经超出了一次电源。
随着半导体工艺、封装技能和高频软开关的大量利用,电源模块功率密度越来越大,转换效率越来越高,运用也越来越大略。

下期预报:48V电源的组成和特点,请同学们持续关注【快点PCB学院】

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