În dispozitivele electronice, o sursă de alimentare stabilă este crucială pentru a asigura funcționarea fiabilă a sistemului. Sursele de alimentare cu comutare (DC-DC) au devenit soluția curentă de alimentare în electronica de consum, controlul industrial, echipamentele de comunicații și alte domenii datorită avantajelor lor de eficiență ridicată, dimensiuni compacte și gamă largă de tensiune de intrare. Printre acestea, selecția componentelor periferice și aspectul PCB-ului determină în mod direct precizia de ieșire, controlul ondulației, performanța termică și stabilitatea-pe termen lung a surselor de alimentare DC-DC.
Concepte de bază ale surselor de alimentare cu comutare DC-DC
1.Ce este o sursă de alimentare cu comutare DC-DC?
O sursă de alimentare cu comutație DC-DC este un dispozitiv electronic de putere care convertește o tensiune de intrare DC prin „comutarea tranzistoarelor”. Funcția sa de bază este de a transforma o tensiune de intrare instabilă (de exemplu, 12 V) într-o tensiune de ieșire stabilă cerută de sarcină (de exemplu, 5 V), oferind, în același timp, capabilități precum creșterea-scăderea-tensiunii, reglarea curentului și suprimarea zgomotului. În comparație cu regulatoarele liniare (LDO), sursele de alimentare cu comutație DC-DC oferă o eficiență mai mare (de obicei 80%-95%) și sunt potrivite pentru scenarii de curent ridicat (de exemplu, 6 A) și de tensiune de intrare largă.
2.Principiul de funcționare al DC-DC
Luând ca exemplu un convertor DC-DC clasic, partea stângă include pini de intrare, cum ar fi Activare (EN), Pornire progresivă/Urmărire (SS/TR), Setări implicite (DEF) și Frecvența de comutare (FSW). Aceste semnale trec prin modulul logic de control, care integrează unități de protecție și control, cum ar fi pornirea ușoară, oprirea termică, blocarea sub tensiune (UVLO) și controlul Power Good (PG), pentru a conduce modulul de control al puterii. Modulul de control al puterii utilizează un driver de poartă și comparatoare de limită de curent-laterală/inferioară-(HS lim, LS lim) pentru a controla tranzistoarele de putere superioară și inferioară, permițând conversia energiei. Secțiunea DCS-Control™ din partea de jos efectuează reglarea feedback-ului printr-un amplificator de eroare, compensare a pantei, comparator și temporizator. Partea dreaptă include interfețe precum puterea de intrare (PVIN, AVIN), masă (AGND, PGND) și ieșire de comutare (SW), realizând împreună o conversie DC-DC eficientă și un control precis.
3.Miezul DC-DC constă în ciclul „Comutare - Stocarea energiei - Filtrare”:
Etapa de comutare:
Comutatoarele interne MOSFET (partea-înaltă HS-FET și-partea joasă LS-FET) se pornesc și se opresc alternativ, „tacând” tensiunea de intrare CC într-o tensiune de impuls de-înaltă frecvență.
Etapa de stocare a energiei:
Inductorul stochează energie atunci când comutatorul este pornit, iar condensatorul netezește tensiunea impulsului.
Etapa de ieșire:
Circuitul de feedback monitorizează tensiunea de ieșire în timp real și ajustează timpul de pornire/oprire (ciclu de funcționare) pentru a furniza o tensiune de ieșire stabilă.
4.Indicatori cheie de performanță
Interval de tensiune de intrare/ieșire:Tensiunea de intrare trebuie să se potrivească cu intervalul de toleranță al cipului, în timp ce tensiunea de ieșire trebuie să îndeplinească cerințele de sarcină (de exemplu, un anumit DC-DC acceptă intrarea de 5,5V-18V și ieșire 0,611V-15V).
Curent de ieșire:Curentul maxim de ieșire trebuie să acopere curentul de vârf al sarcinii (de exemplu, o sarcină de 6 A necesită un cip cu capacitate de ieșire mai mare sau egală cu 6 A).
Frecvența de comutare:Frecvențele mai mari permit dimensiuni mai mici ale inductorului și condensatorului, dar cresc pierderile de comutare (frecvențele comune variază de la 200 kHz la 1 MHz, necesitând un echilibru între eficiență și dimensiunea componentelor).
Ondulare de tensiune:Valoarea de fluctuație a tensiunii de ieșire (aplicațiile industriale necesită de obicei mai puțin sau egal cu 20 mV; ondulația excesivă poate interfera cu circuitele sensibile).
Eficienţă:Raportul dintre puterea de ieșire și puterea de intrare. Eficiența mai mare reduce stresul termic.
