【導讀】自第二次工業革命之後，人類社會的發展和電能深度綁定，電氣/電子設備被廣泛應用於工業、醫療
、能源
、交通、民生等各個領域。隨著用電設備從單一回路逐漸演變成為係統，將電能合理、有you效xiao地di分fen配pei給gei係xi統tong中zhong的de每mei個ge器qi件jian尤you為wei重zhong要yao。一yi個ge優you秀xiu的de電dian源yuan管guan理li係xi統tong不bu僅jin能neng夠gou保bao障zhang係xi統tong的de用yong電dian安an全quan，更geng是shi設she備bei做zuo到dao高gao效xiao節jie能neng的de關guan鍵jian所suo在zai。

眾所周知，搭建電源管理係統是一個複雜的工程
，不僅要考慮設備內單一器件的輸入電壓
、輸出電壓和電流等參數指標，還要從設備能效
、係統參數以及散熱等方麵進行優化設計，同時幹擾問題也要考慮周全。

電源管理器件的創新/選型

從產品類別上來看
，電源管理器件主要分為電源管理IC和分立式電源器件。前者包括了輸出電路、輸入電路
、反饋電路
、驅動電路和保護電路等涉及的多類別、多型號IC器件；後者則主要是我們常常提到的功率半導體器件。

我wo們men在zai談tan論lun電dian源yuan管guan理li器qi件jian的de時shi候hou，第di一yi個ge重zhong要yao的de議yi題ti是shi能neng效xiao管guan理li。係xi統tong的de電dian能neng消xiao耗hao是shi單dan位wei時shi間jian內nei能neng源yuan消xiao耗hao和he時shi間jian的de乘cheng積ji
，因yin此ci降jiang低di不bu必bi要yao器qi件jian的de供gong電dian時shi間jian和he單dan一yi器qi件jian/模塊的功耗是解決問題的兩大著力點。在電源管理器件設計方麵，提升能效主要優化的點在於更高的開關頻率、更低的靜態電流
、更先進的柵極驅動器和更小的無源器件等。

EMI是第二個要重點關注的問題，主要是係統的噪聲和幹擾。隨著係統集成度和DC/DC開關速度的提高，低EMI的重要性不言而喻，在汽車、工業領域尤甚。通過集成旁路電容和采用高電源抑製比穩壓器等方式，能夠有效地降低係統產生的EMI
，並簡化方案設計。

第di三san大da發fa展zhan趨qu勢shi是shi集ji成cheng保bao護hu，在zai係xi統tong方fang案an設she計ji的de過guo程cheng中zhong
，我wo們men能neng夠gou看kan到dao各ge種zhong保bao護hu電dian路lu設she計ji。如ru今jin先xian進jin的de電dian源yuan管guan理li器qi件jian集ji成cheng各ge種zhong保bao護hu功gong能neng，如ru欠qian壓ya保bao護hu、過壓保護、限流保護、短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)和(he)過(guo)熱(re)保(bao)護(hu)等(deng)。模(mo)塊(kuai)電(dian)源(yuan)更(geng)是(shi)會(hui)采(cai)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)設(she)計(ji)
，既(ji)能(neng)夠(gou)屏(ping)蔽(bi)外(wai)部(bu)設(she)備(bei)的(de)幹(gan)擾(rao)保(bao)持(chi)電(dian)源(yuan)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)，又(you)可(ke)以(yi)保(bao)護(hu)設(she)計(ji)和(he)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)的(de)用(yong)電(dian)安(an)全(quan)，同(tong)時(shi)節(jie)省(sheng)布(bu)板(ban)空(kong)間(jian)。

第四點
，各類型電源管理器件在高效率
、低EMI、高集成保護等創新之下，也在著力改進封裝設計，以求在更小型

、可ke靠kao的de封feng裝zhuang中zhong容rong納na更geng多duo的de創chuang新xin元yuan素su，進jin而er讓rang器qi件jian本ben身shen和he采cai用yong該gai器qi件jian的de方fang案an擁yong有you更geng高gao的de功gong率lv密mi度du。在zai這zhe方fang麵mian
，小xiao型xing封feng裝zhuang帶dai來lai的de散san熱re問wen題ti是shi一yi大da挑tiao戰zhan
，製zhi造zao商shang也ye在zai投tou資zi開kai發fa具ju有you更geng好hao散san熱re性xing能neng的de封feng裝zhuang形xing式shi。

在一些特殊的領域，比如醫療和電子/電力產品等領域，低漏電流
、少寄生電容、高隔離電壓和低隔離電容等共性特征是做電源管理器件選型必須要重視的，以達到超過其他行業的EMC性能。

chulechanpintezhengcanshudekaolv，zaidazaowanzhengdedianyuanxitongshi，yeyaozonghekanqijiandetuopudianlu

，zhehedianqijianchuangxinshixiangfuxiangcheng。yibaneryan，geleixingdianyuanguanliqijiandouhuiyouzijidechengshutuopu，yiDC-DC轉換器為例

，定壓輸入多選用Royer電路，寬輸入範圍則有Flyback拓撲和Forward拓撲。這些成熟的拓撲結構經曆了時間的考驗，是係統電路穩定的保障。

當(dang)然(ran)
，為(wei)追(zhui)求(qiu)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)，製(zhi)造(zao)商(shang)也(ye)在(zai)進(jin)行(xing)拓(tuo)撲(pu)電(dian)路(lu)的(de)創(chuang)新(xin)
，以(yi)幫(bang)助(zhu)用(yong)戶(hu)方(fang)案(an)實(shi)現(xian)更(geng)小(xiao)的(de)體(ti)積(ji)，這(zhe)是(shi)提(ti)升(sheng)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)的(de)主(zhu)要(yao)方(fang)式(shi)。在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)，無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)是(shi)主(zhu)要(yao)的(de)優(you)化(hua)點(dian)
，尤(you)其(qi)是(shi)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)，與(yu)器(qi)件(jian)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)和(he)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)息(xi)息(xi)相(xiang)關(guan)。

在器件集成方麵
，擁有先進柵極驅動器的器件會使拓撲電路中的環路電感明顯減小，一些器件集成的電容器同樣有減小環路電感的作用；此外通過3D堆(dui)疊(die)的(de)形(xing)式(shi)，將(jiang)電(dian)容(rong)和(he)電(dian)感(gan)直(zhi)接(jie)集(ji)成(cheng)在(zai)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)，能(neng)夠(gou)明(ming)顯(xian)簡(jian)化(hua)拓(tuo)撲(pu)電(dian)路(lu)和(he)係(xi)統(tong)電(dian)路(lu)。因(yin)此(ci)
，當(dang)選(xuan)定(ding)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)器(qi)件(jian)為(wei)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)器(qi)件(jian)時(shi)
，無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)數(shu)量(liang)的(de)減(jian)少(shao)或(huo)者(zhe)體(ti)積(ji)的(de)減(jian)小(xiao)將(jiang)使(shi)得(de)用(yong)戶(hu)方(fang)案(an)在(zai)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)上(shang)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)優(you)勢(shi)。

在zai開kai關guan頻pin率lv方fang麵mian，更geng高gao的de開kai關guan頻pin率lv不bu僅jin意yi味wei著zhe更geng出chu色se的de能neng效xiao，同tong時shi每mei個ge開kai關guan周zhou期qi儲chu存cun和he釋shi放fang的de能neng量liang就jiu更geng少shao
，電dian感gan和he輸shu出chu電dian容rong就jiu可ke以yi減jian小xiao，進jin而er在zai拓tuo撲pu電dian路lu和he係xi統tong電dian路lu上shang減jian小xiao方fang案an的de尺chi寸cun。

需要注意的是，用戶在做電源管理器件性能評定時，無法像比較處理器/控製器芯片一樣，通過特征參數中的工藝、工作頻率、功耗
、GPIO豐富度等就可以大致判斷出自己需要哪顆芯片。對於電源管理器件而言
，與之相應的開發工具是準確掌握器件性能的捷徑。

快速了解電源管理器件

接下來，我們通過具體的產品來看一下工程師在做電源管理器件選型時會遇到的實際困難，以及開發工具扮演的重要角色。

 1   穩壓器和它豐富的分類

作(zuo)為(wei)被(bei)設(she)計(ji)用(yong)來(lai)自(zi)動(dong)維(wei)持(chi)恒(heng)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)裝(zhuang)置(zhi)
，相(xiang)信(xin)工(gong)程(cheng)師(shi)朋(peng)友(you)們(men)對(dui)穩(wen)壓(ya)器(qi)肯(ken)定(ding)不(bu)陌(mo)生(sheng)。穩(wen)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)將(jiang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)高(gao)效(xiao)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)為(wei)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，具(ju)有(you)升(sheng)壓(ya)、降壓和穩壓的作用。在產品分類上
，穩壓器包括開關穩壓器
、線性穩壓器以及集成DC-DC控製器、功率晶體管
、輸入與輸出電容器、補償組件和電感器在一個封裝裏麵的穩壓器模塊。每一個類型下方又會包含豐富的子係列，比如開關穩壓器就會有升壓型穩壓器、降壓型穩壓器和反相穩壓器等。

dangwomentongguochanpincanshucengcengxuanbazuizhongxuandingyikuanwenyaqizhihou，ruhequedingtajiushizijixuyaodene？youruheduigaikuanwenyaqidexingnengyouyigezhunquedebakongne？

比如當我們選定貿澤電子在售的來自製造商Analog Devices(ADI)的LTC3310HV#WPBF降壓型開關穩壓器，這款器件的輸出電壓範圍為500mV-5.5V，輸入電壓範圍為2.25V-5.5V，輸出電流為10A
，開關頻率為5MHz。很明顯，這款器件是輸入和輸出電壓都動態可調的開關穩壓器
，將其放置到穩壓電路中表現如何呢
？

圖1：LTC3310係列穩壓器電路原理圖（圖源：ADI）

不必犯難

，有了ADI的DC3042A演示板我們就可以從真實電路的工作表現評定LTC3310 10A低壓同步降壓型穩壓器的具體表現。

圖2：DC3042A演示板（圖源：ADI）

圖3：DC3042A演示板電路原理圖（圖源：ADI）

DC3042A演示板設置為以2MHz的開關頻率在強製連續模式下運行

，也可以配置為pulse-skipping模式和不同的開關頻率。通過DC3042A演示板，工程師朋友們可以感受到LTC3310係列穩壓器超低輻射、高效率和高速同步等性能優勢，體驗基於Silent Switcher技術打造的快速電流環路。

ADI的Silent Switcher技術在高效率、EMI限製方麵有著突出的優勢，其能夠在大於2MHz的高開關頻率下提供95%的高效率

，並能夠幫助係統方案輕鬆超越CISPR 25 Class 5峰值EMI限製的要求。

當DC3042A演示板運行之後
，通過圖4能夠看出LTC3310係列穩壓器在效率和負載電流方麵的表現
，其中藍色線條為強製連續模式，紅色線條為脈衝跳躍模式。

圖4：LTC3310穩壓器效率和負載電流表現（圖源：ADI）

圖5展示出LTC3310係列穩壓器在負載階躍響應方麵的能力

，圖6則展示出LTC3310係列穩壓器在CISPR25 Class5峰值限製測試的結果。

圖5：LTC3310穩壓器負載階躍響應（圖源：ADI）

圖6：CISPR25 Class5峰值限製測試（圖源：ADI）

此外，DC3042A演示板設有EMI濾波器
，可降低傳導EMI，輔以LTC3310係列穩壓器超低輻射特性，將EMI/EMC輻射降至低點，這在方案電路設計時有很好的參考價值。

 2   電壓比較器和它多麵的應用

接下來，我們再以電壓比較器為例來說明開發工具對於了解器件的重要性。電壓比較器的引腳結構
、電dian路lu符fu號hao與yu運yun算suan放fang大da器qi類lei似si，將jiang輸shu入ru端duan的de電dian壓ya作zuo為wei一yi個ge基ji準zhun值zhi，另ling一yi個ge作zuo為wei比bi較jiao值zhi，輸shu出chu高gao電dian平ping或huo者zhe低di電dian平ping。原yuan理li非fei常chang容rong易yi理li解jie
，但dan隻zhi要yao簡jian單dan變bian換huan電dian路lu就jiu會hui扮ban演yan不bu同tong的de角jiao色se，比bi如ru過guo壓ya比bi較jiao器qi、過零電壓比較器、窗口比較器和滯回比較器。

比如貿澤電子在售的來自製造商ROHM Semiconductor的BM1Z101FJ電壓比較器，便是一款過零電壓比較器，可輸出交流電壓過零定時檢測和二極管整流後直流電壓。BM1Z101FJ是一款600V高壓監控器，與傳統過零檢測電路相比
，BM1Z101FJ並不需要光耦合器和外部元件，可以大幅減少元件數量，還可實現接近零（0.01W）的待機功耗。

圖7：BM1Z101FJ電壓比較器（圖源：ROHM Semiconductor）

麵向電飯鍋、烘幹機等家電應用和空調、洗衣機、真空吸塵器等配備電機的家用電器應用，BM1Z101FJ中集成的電壓鉗位功能可保護下遊MCU，確保MCU輸入不超過4.8V。即使在不同國家使用的不同電源電壓（100V至230V）以及不同的MCU情況下，依然能夠高效驅動電機。

如果工程師朋友需要采購這顆器件，又想更深入地了解該器件在交流電壓過零檢測方麵的優秀性能，可以通過ROHM BM1ZxxxFJ評估板進行體驗，貿澤電子網站上的製造商編號為BM1Z002FJ-EVK-002。

如圖8所示，針對BM1ZxxxFJ係列電壓比較器，ROHM Semiconductor共打造了三款評估板

，我們這一次選定的BM1Z002FJ-EVK-002是其中唯一的隔離型AC（交流）過零檢測電路。

圖8：BM1ZxxxFJ評估板類型（圖源：ROHM Semiconductor）

通過BM1ZxxxFJ評估板，大家可以直觀地感受到包括BM1Z101FJ在內的一係列BM1ZxxxFJ電壓比較器相較於傳統過零檢測電路的優勢。如圖9所示，BM1ZxxxFJ電壓比較器能夠準確地看到從90VAC到264VAC的輸入交流電壓在何時出現零電壓交叉。

圖9：零電壓交叉（圖源：ROHM Semiconductor）

在實際的測試過程中
，當負載停止時，BM1ZxxxFJ評估板能夠將電壓正好停止在0V狀態
，如圖10所示
，這樣精準的脈衝控製提升了電路的安全性。顯然
，這些是無法通過參數讀取解讀出來的。

圖10：零點狀態捕捉（圖源：ROHM Semiconductor）

此外，通過BM1ZxxxFJ評估板我們還可以明顯看到BM1ZxxxFJ係列電壓比較器在小型化方麵的優勢
，不再需要傳統ZCD電路中所需的光耦合器和外部元件。

開發工具讓你更好地理解電源管理器件

ADI DC3042A演示板和ROHM Semiconductor BM1ZxxxFJ評ping估gu板ban的de例li子zi很hen好hao地di詮quan釋shi了le開kai發fa工gong具ju在zai評ping估gu電dian源yuan管guan理li器qi件jian性xing能neng方fang麵mian的de重zhong要yao性xing。通tong過guo開kai發fa工gong具ju，工gong程cheng師shi朋peng友you們men可ke以yi直zhi觀guan地di感gan受shou到dao很hen多duo元yuan器qi件jian參can數shu無wu法fa體ti現xian的de性xing能neng優you勢shi，這zhe對dui選xuan購gou電dian源yuan管guan理li器qi件jian來lai說shuo極ji為wei重zhong要yao，有you助zhu於yu快kuai速su打da造zao高gao效xiao、節能的係統方案。

當然，電源管理器件種類豐富，貿澤電子網站上也有大量來自TI
、ADI
、Maxim Integrated、ROHM Semiconductor、英飛淩等製造商的開發工具，幫助工程師朋友們快速、高效地了解預采購的電源管理器件。

來源：貿澤電子

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