В електронних пристроях стабільне живлення має вирішальне значення для забезпечення надійної роботи системи. Імпульсні джерела живлення (DC-DC) стали основним джерелом живлення в споживчій електроніці, промисловому контролі, комунікаційному обладнанні та інших галузях завдяки своїм перевагам у високій ефективності, компактному розмірі та широкому діапазоні вхідної напруги. Серед них вибір периферійних компонентів і компонування друкованої плати безпосередньо визначають точність виведення, контроль пульсацій, теплові характеристики та довгострокову-стабільність джерел живлення DC-DC.
Основні концепції імпульсних джерел живлення-постійного струму
1.Що таке імпульсне джерело живлення-постійного струму?
Імпульсне джерело живлення постійного струму-постійного струму – це силовий електронний пристрій, який перетворює вхідну напругу постійного струму за допомогою «перемикання транзисторів». Його основною функцією є перетворення нестабільної вхідної напруги (наприклад, 12 В) у стабільну вихідну напругу, необхідну для навантаження (наприклад, 5 В), водночас забезпечуючи такі можливості, як крок-збільшення/-зниження напруги, регулювання струму та придушення шуму. Порівняно з лінійними регуляторами (LDO), імпульсні джерела живлення постійного струму (DC{11}}DC) пропонують вищу ефективність (зазвичай 80%-95%) і підходять для сильних струмів (наприклад, 6A) і широких сценаріїв вхідної напруги.
2.Принцип роботи DC-DC
Якщо взяти для прикладу класичний перетворювач постійного струму-DC, ліва сторона містить вхідні контакти, такі як Enable (EN), плавний пуск/відстеження (SS/TR), Default Settings (DEF) і Switching Frequency (FSW). Ці сигнали проходять через логічний модуль керування, який об’єднує блоки захисту та керування, такі як плавний пуск, теплове відключення, блокування при зниженні напруги (UVLO) і керування Power Good (PG), для керування модулем керування живленням. Модуль керування живленням використовує драйвер затвора та компаратори обмеження струму на -стороні/-стороні обмеження струму (HS lim, LS lim) для керування транзисторами верхньої та нижньої потужності, уможливлюючи перетворення енергії. Розділ DCS-Control™ унизу виконує регулювання зі зворотним зв’язком через підсилювач помилок, компенсацію нахилу, компаратор і таймер. Права сторона містить такі інтерфейси, як вхід живлення (PVIN, AVIN), заземлення (AGND, PGND) і комутаційний вихід (SW), разом досягаючи ефективного перетворення постійного -постійного струму та точного керування.
3.Суть постійного-постійного струму полягає в циклі «перемикання - зберігання енергії - фільтрування»:
Етап перемикання:
Внутрішні перемикачі MOSFET (висока-сторона HS-FET і низька-сторона LS-FET) по черзі вмикаються та вимикаються, «розрізаючи» вхідну напругу постійного струму на високо-частотну імпульсну напругу.
Етап накопичення енергії:
Котушка індуктивності накопичує енергію, коли перемикач увімкнено, а конденсатор згладжує імпульсну напругу.
Вихідний каскад:
Схема зворотного зв'язку відстежує вихідну напругу в реальному часі та регулює час увімкнення/вимкнення (робочий цикл), щоб забезпечити стабільну вихідну напругу.
4.Ключові показники ефективності
Діапазон вхідної/вихідної напруги:Вхідна напруга має відповідати діапазону допусків мікросхеми, тоді як вихідна напруга має відповідати вимогам до навантаження (наприклад, певний DC-DC підтримує 5,5–18 В на вході та 0,611–15 В на виході).
Вихідний струм:Максимальний вихідний струм повинен покривати піковий струм навантаження (наприклад, для навантаження 6 А потрібна мікросхема з вихідною здатністю більше або рівною 6 А).
Частота перемикання:Вищі частоти дозволяють використовувати менші розміри котушки індуктивності та конденсатора, але збільшують втрати при перемиканні (загальні частоти коливаються від 200 кГц до 1 МГц, що вимагає балансу між ефективністю та розміром компонента).
Пульсації напруги:Значення коливань вихідної напруги (промислове застосування зазвичай потребує менше або дорівнює 20 мВ; надмірні пульсації можуть заважати чутливим схемам).
Ефективність:Відношення вихідної потужності до вхідної. Вища ефективність зменшує термічний стрес.
