充分利用 DC/DC 转换器
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模块化 DC_DC 转换器已经发展为更高的功率密度 - 小型隔离式 DC_DC 转换器模块已使用了数十年，以有效地将负载的电源电压要求与可用电源轨相匹配，以提供低功率辅助电压，例如用于模拟接口的负轨，用于安全隔离或仅用于断开电路特别敏感区域的接地回路。 作为模块，通孔单列直插引脚 (SIP) 版本很受欢迎，最早的版本以紧凑的 SIP-7 格式吹嘘约 1 瓦的非稳压功率输出，为上述许多应用提供足够的功率。多年来，功率密度稳步提高，现在以更小的 SIP-4 格式提供不受管制的 3W。 很快就出现了完全调节的部件，最初使用自振荡、可变频率反激电路以减少元件数量，但最新版本通常基于固定频率 IC，以在更宽的负载范围内实现最佳效率，提供高功率密度，4:1输入范围和功能，如输出微调和开/关控制。 随着功率水平的提高，这些模块越来越多地用于为整个子系统甚至整个产品供电，而不仅仅是用作辅助电源。作为主要的功率转换阶段，机构额定隔离变得更加重要，并且由于 SIP7 或 SIP8 封装允许输入和输出引脚之间有意义的爬电距离和间隙，因此趋势是增加这些封装的功率而不是缩小模块尺寸以保持相同的力量。 新的结构技术可实现更高的功率密度而无需降额 随着供应商推出更多具有更高功率密度的 DC_DC转换器模块，一些供应商采取乐观的说法只是为了跟上行业领导者的步伐。主要功率可能仅在严重降额时可用——例如，如果外壳温度保持在不切实际的低温、负载占空比低或强制风冷显着时，标称 9W 的部件可能能够提供全功率被应用，但有用的功率可能要少得多。 在实际情况下，标称较低功率部件比标称较高功率部件提供更多有用功率的这种差异表明现有设计拓扑已达到其极限。通过使用更昂贵的组件可能会进一步提高功率密度，但必须进行彻底的重新设计以提升到下一个功率水平，例如放弃低效的线轴变压器结构并使用完全平面设计。 平面变压器使用 PCB 走线作为绕组，这在技术上对多层 PCB 是必要的，通常带有盲孔和埋孔。此外，实现有保证的隔离（RS12-Z 为 3kVDC）需要仔细设计 PCB 叠层。最后，对于每种输入输出电压组合，需要不同匝数比的不同 PCB 布局，因此制造过程更加复杂。然而，与传统的绕线变压器相比，平面变压器确实减少了组装过程的劳动力，并提供了非常可重复的性能。随着效率的提高，先进的热管理功能可在 75°C 环境温度下在 4:1 输入范围内实现 12W 的完整输出。在这个产品中，转换器产生的热量有效地传递到具有低热阻的金属外壳。镀锡外壳标签用于额外将热量带入主机 PCB。 最新设计增加了功能 先进的基于 IC 的转换器电路的一个好处是可用的额外功能，解决了一些重要问题。例如，作为主子系统或产品电源，当输入电源下降时，转换器应该以良好的方式运行，通常来自正在放电的电池。稳压开关模式转换器从其输入获取恒定功率以实现恒定负载，因此如果输入电压下降，电流会增加。如果转换器继续在最小额定输入电压以下运行，则增加的电流可能会造成损坏，因此许多控制 IC 都内置了欠压锁定功能。该功能还确保转换器输出在设定的最小输入电压下完全关闭。 产品中使用的电路的另一个可用特性是“控制”引脚或开/关功能。如果用作输入电源，这可用于将转换器置于“睡眠”模式，以最大限度地降低功耗并延长电池寿命。该功能还可用于延迟或“排序”转换器输出与其他电源轨。控制可以是纯粹的“初级侧”，也可以通过光耦合器从隔离输出中获得。 微调引脚可以具有多种功能 微调功能也可用于调整 DC_DC转换器输出以补偿外部电压降。一个典型的应用是将转换器并联以实现冗余，其中插入输出串联二极管以防止一个 DC_DC 故障影响另一个，在这种情况下，使用肖特基二极管，每个输出可以通过 R1 和 R2 微调约 0.3V，以便“门控”电源是正确的标称值，在这种情况下为 3.3V。请注意，转换器通常额定为最大功率输出，因此如果调整输出，则应降低额定电流。 微调引脚通常也可以由允许其他功能的外部电压控制；一个例子是生产 ATE 系统中需要一个电源轨，该电源轨在其允许的容差之间循环以实现“裕量”功能，以测试对电源变化的弹性。图 4 的电路实现了这一点，它包含一个正弦波振荡器 IC1，它耦合到 转换器的微调引脚，并设置了直流偏移以匹配微调引脚的标称电压。VR1 控制变化幅度，IC2 将其与负固定偏移相加，在微调引脚上产生正偏移并叠加正弦波。 借助其他外部电路，微调引脚还可用于实现远程感应功能或在从转换器外部感应电流的情况下控制电源共享。 DC_DC EMI 滤波器应紧凑 当用作低功率设备的主电源时，DC_DC 本身将由外部电源供电，并且可能必须满足特定的 EMC 规范，通常是 EN 55032，A 类或 Class B 限制。为了实现这一点，特别嘈杂或变频的转换器可能需要额外的滤波器组件，这些组件可能比转换器本身占用更多的电路板空间。典型的滤波器电路如图 5 所示，使 RECOM RS12-Z 转换器能够满足这两个限制，在这种情况下，结合了小型电解和陶瓷电容器以及低值电感器。 模块化 DC_DC 转换器自首次推出以来已经发生了重大变化。功率密度显着增加，但功能也使其可用作现代电子系统的精密电源。 |
