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可方便移植 新一代电源模块有效简化电源设计

2015-07-17 15:27
天堂的苦涩
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  由此形成可靠的新一代系统级封装(SiP)电源模块,避免分立设计问题,同时也解决了上述问题,允许工程师将时间投入到其它关键领域(图1)。

  经过验证的同步稳压器是设计保障IC工艺和设计的改进推动了开关电源中MOSFET晶体管的集成,这种集成又进而推动了同步整流电源的开发,彻底改变了DC-DC电源市场,尤其是高压应用领域。最新的同步降压转换器具有出色的高效率、低温工作以及较小尺寸。

  同步电源IC相对于非同步电源IC的优势

  图2所示为同步与非同步电源设计之间的差异。传统的非同步转换器使用外部肖特基二极管进行整流,并在高边晶体管关断期间续流。理论上,该技术比较简单。不幸的是,实际应用中难以设计——控制更加困难,即使该方法已经普遍采用了数十年。其最大的缺点是二极管由于正向偏压的原因发热量巨大,所以造成系统效率极低。

  同步转换器集成了低边功率MOSFET,代替外部整流二极管。与非同步转换器的二极管相比,MOSFET的低电阻压降小很多;MOSFET也可在不需要时关断。所以,大幅减小转换期间的功率损耗。这意味着电路发热更低——效率更高。低边整流MOSFET和传统的外部元件成为IC本身的一部分。

  为了更好地理解该技术的益处,我们简单计算一下功率损耗,将同步与非同步方案进行比较。

  根据计算结果可知,同步整流方案将整流二极管的功耗降低了60%!很伟大——毫不夸张!

  对应的热图像清晰表明,与非同步方案相比,同步DC-DC转换器工作时的发热更少。由于温度会缩短电子元件的使用寿命,这一点非常重要。引用Svante Arrhenius的一句话:“温度每降低10度,电路寿命将延长一倍。”假设温差相差30°C,那么同步方案的寿命将是非同步方案的8倍。

图2.同步与非同步整流功耗比较

  通过集成补偿电路,同步整流提高了反馈调节精度。更重要的是,整个输出电压范围的内部补偿省去了外部元件,显著减少元件数量,缩小外形尺寸。附加利益是高精度内部电压基准,实现更高精度的稳压——在扩展工作温度范围内接近±1%。

  使用这些带同步整流的新型集成FET开关稳压器作为电源模块的基础,电源能够提供高效、低温升、小尺寸等优势,并具有更高的稳压精度。例如,Maxim将喜马拉雅IC与其它元件集成在一起,构建喜马拉雅家族电源模块。

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