單片式開關穩壓器——當所有一切都集成在芯片上時
發布時間:2020-10-09 來源:Frederik Dostal,ADI 現場應用工程師 責任編輯:wenwei
【導讀】開關穩壓器可以采用單片結構,也可以通過控製器構建。在單片式開關穩壓器中,各功率開關(一般是MOSFET)會集成在單個矽芯片中。使用控製器構建時,除了控製器IC,還必須單獨選擇半導體和確定其位置。選擇MOSFET非fei常chang耗hao費fei時shi間jian,且qie需xu要yao對dui開kai關guan的de參can數shu有you一yi定ding了le解jie。使shi用yong單dan片pian式shi設she計ji時shi,設she計ji人ren員yuan無wu需xu處chu理li這zhe些xie問wen題ti。此ci外wai,相xiang比bi高gao度du集ji成cheng的de解jie決jue方fang案an,控kong製zhi器qi解jie決jue方fang案an通tong常chang會hui占zhan用yong更geng多duo的de電dian路lu板ban空kong間jian。所suo以yi,毫hao不bu意yi外wai多duo年nian來lai人ren們men越yue來lai越yue多duo地di采cai用yong單dan片pian式shi開kai關guan穩wen壓ya器qi,如ru今jin,即ji使shi對dui於yu更geng高gao功gong率lv,ADI公司也有大量的解決方案可供選擇。圖1左側是單片式降壓轉換器,右側是控製器解決方案。

圖1.單片式降壓轉換器(左);帶外部開關的控製器解決方案(右)
suirandanpianshijiejuefanganxuyaodekongjianjiaoshao,yejianhualeshejiliucheng,danlingyifangmian,kongzhiqijiejuefangandeyoushishigengjialinghuo。shejirenyuankeyiweikongzhiqijiejuefanganxuanzejingguoyouhua、適shi合he特te定ding應ying用yong的de開kai關guan管guan,也ye可ke以yi控kong製zhi開kai關guan管guan的de柵zha級ji,所suo以yi能neng夠gou通tong過guo更geng巧qiao妙miao地di部bu署shu無wu源yuan組zu件jian來lai影ying響xiang開kai關guan邊bian沿yan。此ci外wai,控kong製zhi器qi解jie決jue方fang案an適shi合he高gao功gong率lv,因yin為wei可ke以yi選xuan擇ze大da型xing分fen立li式shi開kai關guan管guan,且qie開kai關guan損sun耗hao會hui遠yuan離li控kong製zhi器qiIC。
danshi,chulezhexieshuzhidedanpianshijiejuefangandeyoulihebuliyinsuzhiwai,haiyouyigeyinsurongyihulve。zaikaiguanwenyaqizhong,suoweiderehuilushishixiandifushedejuedingyinsu。zaisuoyoukaiguanwenyaqizhong,yingjinliangyouhuaEMC。實現優化的基本原則之一是:最zui小xiao化hua各ge個ge熱re回hui路lu中zhong的de寄ji生sheng電dian感gan。在zai降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi中zhong,輸shu入ru電dian容rong和he高gao壓ya側ce開kai關guan之zhi間jian的de路lu徑jing,高gao壓ya側ce開kai關guan和he低di壓ya側ce開kai關guan之zhi間jian的de連lian接jie,以yi及ji低di壓ya側ce開kai關guan和he輸shu入ru電dian容rong之zhi間jian的de連lian接jie都dou是shi熱re回hui路lu的de一yi部bu分fen。它ta們men都dou是shi電dian流liu路lu徑jing,其qi中zhong的de電dian流liu隨sui開kai關guan切qie換huan的de速su度du而er變bian化hua。通tong過guo快kuai速su的de電dian流liu變bian化hua,因yin寄ji生sheng電dian感gan形xing成cheng電dian壓ya偏pian移yi,可ke以yi作zuo為wei幹gan擾rao耦ou合he到dao不bu同tong的de電dian路lu部bu分fen。

圖2.單片式開關穩壓器(左)和帶控製器IC的解決方案(右),每個都有一些不同形式的熱回路
所以,這些熱回路中的寄生電感必須保持盡可能低。圖2用(yong)紅(hong)色(se)標(biao)出(chu)各(ge)熱(re)回(hui)路(lu)路(lu)徑(jing),左(zuo)側(ce)為(wei)單(dan)片(pian)式(shi)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi),右(you)側(ce)為(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao),單(dan)片(pian)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)具(ju)有(you)兩(liang)大(da)優(you)勢(shi)。一(yi),其(qi)熱(re)回(hui)路(lu)比(bi)控(kong)製(zhi)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)熱(re)回(hui)路(lu)小(xiao)。二(er),高(gao)壓(ya)側(ce)開(kai)關(guan)和(he)低(di)壓(ya)側(ce)開(kai)關(guan)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)路(lu)徑(jing)非(fei)常(chang)短(duan),且(qie)隻(zhi)在(zai)矽(gui)芯(xin)片(pian)上(shang)完(wan)成(cheng)走(zou)線(xian)。兩(liang)者(zhe)相(xiang)比(bi),對(dui)於(yu)帶(dai)控(kong)製(zhi)器(qi)IC的de解jie決jue方fang案an,連lian接jie的de電dian流liu路lu徑jing必bi須xu通tong過guo封feng裝zhuang的de寄ji生sheng電dian感gan布bu線xian,通tong常chang采cai用yong的de鍵jian合he線xian和he引yin線xian框kuang架jia具ju有you寄ji生sheng電dian感gan。這zhe會hui導dao致zhi更geng高gao的de電dian壓ya偏pian置zhi,以yi及ji更geng差cha的deEMC性能。
結論
因此,單片式開關穩壓器具備額外的,少為人知的EMI優勢。這種幹擾有多強,對電路有什麼影響,具體取決於許多其他參數。但是,就EMC性能而言,單片式開關穩壓器和帶控製器IC的解決方案之間存在差異,這一點值得考慮。
作者簡介
Frederik Dostal曾就讀於德國埃爾蘭根大學微電子學專業。他於2001年開始工作,涉足電源管理業務,曾擔任多種應用工程師職位,並在亞利桑那州鳳凰城工作了四年,負責開關模式電源。他於2009年加入ADI公司,並在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。聯係方式:frederik.dostal@analog.com。
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