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大功率DC输入电源经过严格的调节后输出直流电压提供给系统使用
作者:管理员    发布于:2018-07-06 16:55:04    文字:【】【】【


我们来讨论一下电源稳压器众多要求中一些关键点,首先就是在具体的输出电压要求下能够提供足够的电流,容差在1%到3%(典型范围),有些情况要求更严格。然后是动态性能需要对线路和负载的变化作出快速响应,但是要想波动或者不稳定性降低到最小,稳压器还必须具备针对各种故障的保护功能,比如过电流(包括负载短路)、过电压/欠电压以及过热等情况。

出于多种原因,效率和EMI/RFI标准通常是最难以满足的,首先这些要求都非常严格,此外这些标准因国家和地区存在差异,因此需要全面认真的来理解。为了使其更具挑战性,电源的效率必须满足激活、待机等其他操作模式下的要求,此外效率和EMI/RFI性能都必须由适当的实验室或者机构进行测试和认真,PCB布局和BOM清单一个小的变化都会影响效率和EMI/RFI的性能,因此需要全面的测试认证。

除了这些基本的性能要求外,稳压器还必须确保体积小、成本低、BOM器件简单、电源相关组件的生产组装过程中不存在特殊的步骤(尤其是手工操作),比如电容、电阻、MOSFET或IGBT和散热片等,这些需求之间会存在交集和冲突,因此有效的权衡分析和折中是必不可少的。

从功率等级开始

当然并不是所有电源稳压器设计都很艰巨,但是设计和动手制作的难度随着功率/电流的增加而不断增加,对于提供低于1A或2A电流的低功率电源设计相对简单,这样的设计可以利用市场上众多可用的低压降(“线性”)的稳压器(LDOs)或者开关稳压器,这些组件的性能也是适中的,大多数情况下都能够满足设计性能参数。

中等功率范围的设计所面临的挑战在不断增加,尤其电流范围在2A到10A之间,随着电流和元件变得越来越大,之前小型化设计的问题和缺陷就被逐步放大,厂家提供的参考设计经过测试和验证,一开始我们采用这些设计固然是方便的,但是并不保证适用所有的场景。

对于采用数十安培或者更高电流范围的应用,其电源稳压器的设计和制造困难会呈指数级增大,这些设计需要采用更大体积的元件、更多的功率耗散、更高的IR辐射,并且增加了EMI/RFI的潜在问题,简而言之,有太多的因素使稳压器设计实现变得困难,一些组件可能需要安装支架或者螺丝、更大的散热片,设计空气流通路径,在更高电流下进行性能测试很困难,因为主要是测试设计是否符合更严格的效率和EMI/RFI要求。

如果电源必须是电气隔离的(安全和性能方面往往要求这些),设计必须符合高压隔离标准以及各子部件之间的兼容要求。

因此中端高功率的稳压器设计人员们往往面临产品面市需要更长的时间,更昂贵的BOM以及高度的不确定性和风险,因为稳压器的性能在终端产品设计中显得越来越重要,尤其涉及到产品的接受度以及推广方面。事实上如果只提供一个“空白的”设计实现而没有一个好的参考设计作为出发点那么无疑会面临艰巨的挑战,即使有参考设计,随着电流(或功率)的增加会出现复杂的调试等问题。

当然对于MIY(自己设计)也有一些代替方案,比如购买完整的稳压器设计。传统上制造和购买的边界是根据2A和10A电流来划分的:低于2A可以自己设计制造,高于10A可以选择购买成熟的设计。这取决用于什么场景从而作出一定的妥协。在大多数情况下,购买选项通常要考虑到各种模块的体积和额定值等,而且一般都是(但不总是)封装在环氧树脂的黑盒中,这些模块会提供基本的功能和必需的性能,但是一般体积相对较大、比较重、不灵活,而且仅有少数模块可供选择。

新的购买选择提供了新的视角

除了“自己制造”和“购买方案”两种方法之外,还有一种替代方案可以解决大部分中端系统和它们所面临的日益严格的效率问题、EMI/RFI以及市场压力等:替代方案就是采用凌力尔特公司(LTC)推出的μModule®系列高性能调节器,目前凌力尔特公司(LTC)隶属于ADI公司。如图2所示,这些嵌入式器件结合了先进的设计、组件和封装从而克服模块化的问题以及一些限制,对于需要“自己制作”的设计场景有了更多的选择,但是只对于那些低于2A的低电流应用才有实际意义。

脚注信息
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