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          詳情介紹

          復雜DC-DC功率轉換要求

          作者:來源: 日期:2019-09-06 16:28:11

           滿足復雜DC-DC功率轉換要求

          在測試測量設備或嵌入式計算等工業應用中,嵌入式DC-DC轉換器的系統架構可能相當復雜,在輸出電壓和電流、紋波、EMI及上電順序等許多不同方面都有相關要求。本文主要探討了DC-DC應用中轉換器功率級選擇的影響。
          先進嵌入式DC-DC轉換器的要求
          許多工業系統,如測試測量設備,都需要嵌入式DC-DC轉換器,是因為這些應用所需的計算能力日益增加。這種計算能力由DSP、FPGA、數字ASIC和微控制器提供,而得益于工藝幾何尺寸的日益縮小,該類器件在不斷Z的進步。另一方面,這也帶來了三大要求:第一,電源電壓越來越低(當然,還有容許的電壓紋波和負載變化);其次,電源電流逐漸變大;第三,這些IC通常需要為內核和I/O結構以準確的順序提供單獨的電壓,以避免閂鎖現象的發生。
          嵌入式DC-DC轉換器必須具有出色的效率。這類轉換器的可用空間很小,對于熱設計尤其具有挑戰性,因為嵌入式轉換器主要依賴PCB上元件周圍的銅面積來改善系統熱阻抗。由于功耗與電流的平方成正比,隨著負載電流的增加,這種情形會更加惡化。因此這時需要低導通阻抗RDSON、低開關損耗的電源開關。不過鑒于器件的導通阻抗RDSON越低,寄生電容乃至開關損耗就越高,最終功耗也越高,故必需進行一定的權衡取舍。嵌入式DC-DC轉換器的另一個主要要求是EMI必需低。這些轉換器產生的噪聲會對周圍的電路造成干擾,因而必須盡可能地小。不過,高速(以降低開關損耗)轉換大電流(若負載所需)不可避免地會產生很大的開關噪聲,包括傳導噪聲和輻射噪聲(主要是磁場)。因此,必需特別關注功率級元件選擇和布局的優化,尤其是在驅動器連接方面。此外,PWM控制拓撲也有一定影響。
          舉例來說,采用0.09μm技術的數字IC可能需要1.2V±40mV的電源電壓。根據該DSP的數據表,其電源電流可高達952mA.另一個例子是65nm工藝制造的大尺寸FPGA,1.0V +/-50mV電源電壓、85℃時,需要4.2 A的閑置電源電流。在工作模式下,按照具體配置情況,電流可增至18A,因在高開關頻率下,動態要求非常高。
          這些應用中包含多個不同IC相當常見,譬如,由一個較小的微控制器(電源電壓較高時)來負責所有的接口和主機功能,利用一個較大的DSP或專用硬件來執行計算密集型功能。很多時候,還專門使用另有一套電壓要求的高性能A/D轉換器來改善噪聲性能,真正充分利用這些轉換器的分辨率和帶寬。這些趨勢催生出具有眾多相倚關系的復雜的功率管理系統。
          模塊化控制提升系統設計
          一個應用建議是把DC-DC轉換器盡可能靠近負載放置。這樣做可以把EMI降至最低、減小寬的大電流線跡所占用的板空間,并改進轉換器的動態特性。“分布式”功率管理系統應運而生,在這種系統中,所有轉換器都理想地彼此相連。
          數字功率管理系統的控制器和轉換器鏈可通過圖形用戶接口來控制,很容易對所有參數和系統性能監控進行修正。這種軟件運行在PC機上,并經由USB接口與控制器連接。當參數全都良好時,它們被儲存在控制器的非易失性存儲器中,這樣PC機就不再需要運行系統了。
           

          所屬類別: 技術解疑

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