[導(dǎo)讀]電源輸出電容一般是100nF至100μF的陶瓷電容,它們耗費(fèi)資金,占用空間,而且,在遇到交付瓶頸的時(shí)候還會(huì)難以獲得。所以,如何最大限度減小輸出電容的數(shù)量和尺寸,這個(gè)問題反復(fù)被提及。輸出電容造成的影響論及此問題,輸出電容的兩種影響至關(guān)重要:對(duì)輸出電壓紋波的影響,以及在負(fù)載瞬變后對(duì)輸...
電源輸出電容一般是100 nF至100 μF的陶瓷電容,它們耗費(fèi)資金,占用空間,而且,在遇到交付瓶頸的時(shí)候還會(huì)難以獲得。所以,如何最大限度減小輸出電容的數(shù)量和尺寸,這個(gè)問題反復(fù)被提及。
輸出電容造成的影響
論及此問題,輸出電容的兩種影響至關(guān)重要:對(duì)輸出電壓紋波的影響,以及在負(fù)載瞬變后對(duì)輸出電壓的影響。
首先,我們來看一看輸出電容這個(gè)詞。這些電容一般安裝在電源的輸出端。但是,許多電力負(fù)載(電力消耗對(duì)象),例如FPGA,都需要使用一定數(shù)量的輸入電容。圖1顯示的是一種典型的包含負(fù)載和FPGA的電源設(shè)計(jì)。如果在電路板上,電壓生成電路和耗電電路之間的距離非常短,那么電源輸出電容和負(fù)載輸入電容之間的界限就會(huì)變得非常模糊。
圖1. LTC3311 開關(guān)穩(wěn)壓器,包含所連接的FPGA對(duì)應(yīng)的輸出電容和輸入電容。
通常需要利用某種物理分隔方法來加以區(qū)分,而這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大量寄生電感(Llayout)。
電源輸出端的電容形成決定了降壓型(降壓)開關(guān)穩(wěn)壓器的電壓紋波。此時(shí),經(jīng)驗(yàn)法則適用:輸出紋波電壓等于電感紋波電流 X 輸出電容的電阻。
這個(gè)電阻ZCout由電容的大小和數(shù)量,以及等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)組成。如果電源輸出端只有一個(gè)電容,此公式高度適用。如果是更為復(fù)雜的情況(參見圖1),其中包含多個(gè)并聯(lián)電容,且因?yàn)椴季?Llayout)的原因產(chǎn)生了串聯(lián)電感,那么計(jì)算不會(huì)如此簡單。
在這種情況下,非常適合使用LTspice®這樣的模擬工具。圖2所示為針對(duì)圖1提到的情況快速創(chuàng)建的電路圖??梢詫⒉煌担ò‥SR和ESL)設(shè)置給單個(gè)電容。也可以考慮板布局(例如Llayout)可能產(chǎn)生的影響。然后,會(huì)仿真開關(guān)穩(wěn)壓器輸出端和負(fù)載輸入端的電壓紋波。
圖2. 使用LTspice評(píng)估系統(tǒng)電源輸出端的不同電容。
輸出電容也會(huì)影響負(fù)載瞬變后的輸出電壓失調(diào)。我們也可以使用LTspice仿真這一影響。此時(shí),特別需要注意的是,在某些限制范圍內(nèi),電源控制環(huán)路的控制速度和輸出電容的電感是相互關(guān)聯(lián)的。電源控制環(huán)路的速度如果更快,那么在負(fù)載瞬變之后,只需要更少數(shù)量的輸出電容即可保持在特定的輸出控制窗口之內(nèi)。
最后但同樣重要的一點(diǎn)是,vvv具有自適應(yīng)電壓定位(AVP)。AVP可以利用輸入誤差電壓預(yù)算并減少輸出電容器的數(shù)量,此外,設(shè)計(jì)人員還可以通過增加環(huán)路帶寬來實(shí)現(xiàn)減少輸出電容的數(shù)量。
AVP在低負(fù)載條件下稍微增大輸出電壓,在高負(fù)載條件下稍微降低輸出電壓。然后,如果發(fā)生負(fù)載瞬變,則更多動(dòng)態(tài)輸出電壓偏差都發(fā)生在允許的輸出電壓范圍內(nèi)。
建議使用ADI公司的LTpowerCAD®來找出哪些控制環(huán)路可以優(yōu)化,以及可以減少多少個(gè)輸出電容。圖3所示為計(jì)算控制速度的屏幕截圖。其中顯示了在負(fù)載瞬變后計(jì)算得出的電壓過沖??梢酝ㄟ^改變輸出電容、調(diào)節(jié)開關(guān)穩(wěn)壓器控制環(huán)路的速度來進(jìn)行優(yōu)化。
圖3. 使用LTpowerCAD優(yōu)化開關(guān)穩(wěn)壓器的控制環(huán)路,以及減少輸出電容的數(shù)量。
確定正確的參數(shù)后,即可減少電源中輸出電容的數(shù)量,如此可以節(jié)省資金和板空間,我們建議大家使用這個(gè)開發(fā)步驟。
欲知詳情,請(qǐng)下載word文檔
下載文檔
本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
電磁干擾 (EMI) 被譽(yù)為電源設(shè)計(jì)中最困難的方面之一。我認(rèn)為這種聲譽(yù)在很大程度上來自這樣一個(gè)事實(shí),即大多數(shù)與 EMI 相關(guān)的挑戰(zhàn)并不是通過查看原理圖就能解決的問題。這可能令人沮喪,因?yàn)樵韴D是工程師了解電路功能的中心位...
關(guān)鍵字:
電磁干擾
電源設(shè)計(jì)
USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)允許使用標(biāo)準(zhǔn)電纜實(shí)現(xiàn) 5V 至 20V 范圍內(nèi)的可調(diào)輸出電壓和高達(dá) 3A 的負(fù)載電流。由于功率水平高達(dá) 60W,反激式仍然是拓?fù)涞牟诲e(cuò)選擇。然而,為初級(jí)側(cè)控制器提供偏置電源可能會(huì)帶來一些挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵字:
USB Type-C
電源設(shè)計(jì)
在真空吸塵器和白色家電等產(chǎn)品的消費(fèi)世界中,物料清單 (BOM) 極為重要。種類繁多的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品的公司創(chuàng)造了巨大的競爭——給利潤和市場份額帶來壓力。系統(tǒng) BOM 是一個(gè)簡單的地方,可以通過添加或刪除功能和/或調(diào)整成...
關(guān)鍵字:
電源設(shè)計(jì)
物料清單
設(shè)計(jì)電源與其說是科學(xué),不如說是一門藝術(shù)。瞬態(tài)和現(xiàn)實(shí)世界的交互過于華麗,無法用任何單一的電源系統(tǒng)模型來捕捉。通常,這些模型構(gòu)建了某種傳遞函數(shù),該傳遞函數(shù)與工廠或在數(shù)字電源設(shè)計(jì)中的功率級(jí)盡可能接近。為了測量實(shí)際系統(tǒng)的行為與模...
關(guān)鍵字:
電源設(shè)計(jì)
頻率響應(yīng)
兩年前,保時(shí)捷電動(dòng)跑車Tycan將電動(dòng)汽車主流的400V平臺(tái)升級(jí)到800V,在動(dòng)力總成、充電性能、加速性能等方面,為電動(dòng)汽車樹立了一個(gè)新標(biāo)桿。隨即,800V高壓平臺(tái)以超預(yù)期的速度在電動(dòng)汽車領(lǐng)域滲透,從去年開始,國內(nèi)的車企...
關(guān)鍵字:
800V
新能源汽車
電源設(shè)計(jì)
電動(dòng)汽車
隨著COVID-19在 2020 年初的傳播,全球緊急呼吸機(jī)短缺是最大的擔(dān)憂之一。對(duì)呼吸機(jī)不斷增長的需求意味著它們很快就會(huì)供不應(yīng)求,因此 Monolithic Power Systems (MPS) 的一個(gè)設(shè)計(jì)工程師團(tuán)隊(duì)...
關(guān)鍵字:
呼吸機(jī)電源
電源設(shè)計(jì)
雖然定制印刷的 PCB 可以將這些組件集成在一塊板上,但 MPS 解決方案利用每個(gè)產(chǎn)品的預(yù)制、現(xiàn)成的評(píng)估板來縮短開發(fā)時(shí)間,同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)緊湊的解決方案。
關(guān)鍵字:
呼吸機(jī)電源
電源設(shè)計(jì)
當(dāng)前電子應(yīng)用的趨勢,尤其是那些基于大功率設(shè)備的應(yīng)用,是實(shí)現(xiàn)越來越小的尺寸和越來越高的組件密度。由于引入了超結(jié)器件和寬帶隙材料(如氮化鎵),迅速實(shí)現(xiàn)了更高的開關(guān)頻率,從而減小了無源器件的體積。
關(guān)鍵字:
PCB布局
電源設(shè)計(jì)
我們都一遍又一遍地聽說智能電源將為電源行業(yè)帶來的偉大事物。它在很多方面都達(dá)到或超出了我們的預(yù)期;然而,在其他方面它也讓我們失望了。我不禁認(rèn)為,其中一些原因是因?yàn)楹苋菀滓驗(yàn)樗遣煌幕蛐碌募夹g(shù)而迷戀它。我們忽略了一個(gè)事實(shí),...
關(guān)鍵字:
電源設(shè)計(jì)
智能電源
SiC MOSFET 在開關(guān)狀態(tài)下工作。然而,了解其在線性狀態(tài)下的行為是有用的,這可能發(fā)生在驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障的情況下,或者出于某些目的,當(dāng)設(shè)計(jì)者編程時(shí)會(huì)發(fā)生這種情況。
關(guān)鍵字:
電源設(shè)計(jì)
SiC
On Semiconductor 提供的 P 溝道 MOSFET 在電氣上類似于 International Rectifier 和 Fairchild Semiconductor 的部件,但安裝在公司的無引線 Chip...
關(guān)鍵字:
負(fù)載開關(guān)
電源設(shè)計(jì)
具有集成功率 FET 的單芯片驅(qū)動(dòng)器提供多種輔助功能,例如固定或可變壓擺率控制、過流保護(hù)和欠壓鎖定。這些所謂的智能開關(guān)通常安裝在比單獨(dú)的 FET 稍大的封裝中,如果我們使用分立器件實(shí)現(xiàn)它們,它們提供的功能往往是“部分”的...
關(guān)鍵字:
負(fù)載開關(guān)
電源設(shè)計(jì)
在本文的第 1 部分中,我討論了交錯(cuò)同步降壓的四個(gè)相位以最小化輸入/輸出電壓紋波并提高熱性能的必要性。您可以通過遵循一些關(guān)鍵布局指南來進(jìn)一步提高熱性能,以確保功率在所有四個(gè)相位上均勻耗散。
關(guān)鍵字:
大電流電源
電源設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)時(shí),我們通常必須設(shè)計(jì)電源以滿足我們的要求。一種非常流行的解決方案是采用開關(guān)模式電源(或 SMPS),因?yàn)樗鼈兊男史浅8?。然而,在保持低成本的同時(shí)設(shè)計(jì) SMPS 非常具有挑戰(zhàn)性,更不用說通過開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生不...
關(guān)鍵字:
過流保護(hù)
電源設(shè)計(jì)
大家知道,由于在效率、集成度、靈活性上的優(yōu)勢,今天的電源設(shè)計(jì)中,開關(guān)穩(wěn)壓器的使用越來越普遍,但是噪聲大、更容易產(chǎn)生EMI問題,則是開關(guān)穩(wěn)壓器天生的“短板”。
究其原因,這是因?yàn)殚_關(guān)穩(wěn)壓器工作時(shí)需要不斷開關(guān)電流,這些電流...
關(guān)鍵字:
電源設(shè)計(jì)
噪聲
在為開關(guān)穩(wěn)壓器選擇輸出電容時(shí),輸出紋波或瞬態(tài)響應(yīng)等應(yīng)用要求通常會(huì)決定您需要多少輸出電容。這假設(shè)您可以調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以適應(yīng)各種輸出電容器。對(duì)于沒有補(bǔ)償?shù)目刂萍軜?gòu)(例如 D-CAP? 控制),您選擇的輸出電容器也應(yīng)保證系統(tǒng)穩(wěn)定...
關(guān)鍵字:
開關(guān)穩(wěn)壓器
輸出電容
FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列),是指一種通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元,完成既定設(shè)計(jì)功能的數(shù)字集成電路。顧名思義,其內(nèi)部的硬件資源都是一些呈陣列...
關(guān)鍵字:
FPGA電源
電源設(shè)計(jì)
一般的逆變器、開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用中都需要2個(gè)以上mosfet或者IGBT構(gòu)成橋式連接,其中靠近電源端的(比如圖中紅色部分)通常被稱為高壓側(cè)或上臂、靠近地端的通常被稱為低壓側(cè)或下臂(比如圖中藍(lán)色部分),高低只是針對(duì)兩...
關(guān)鍵字:
柵極驅(qū)動(dòng)變壓器
電源設(shè)計(jì)
在典型的閉環(huán)電力電子系統(tǒng)中,柵極驅(qū)動(dòng)器是控制系統(tǒng)(通常為 12V 等低壓)和主功率級(jí)(通常為 400V DC等高壓)之間的關(guān)鍵接口。柵極驅(qū)動(dòng)器的目的是以干凈、穩(wěn)健和及時(shí)的方式將輸入低壓控制脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換到功率晶體管(MOS...
關(guān)鍵字:
柵極驅(qū)動(dòng)器
電源設(shè)計(jì)