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欧宝下注:空间级开关稳压器挑选无源器材的技巧同享

发布时间:2021-08-30 00:10:29 来源:欧宝棋牌下载 作者:欧宝怎么注册账号

  办法调理器来生成电源轨。之前,我描绘了降压拓扑怎么履行dc-dc转化,以及从供货商挑选空间级设备时要考虑的规范。大多数合格部件都集成了开关和低端FET,但需求一个外部。这些无源器材的挑选非常重要,因为它们决议了转化的质量,即输入和输出纹波,负载调理以及对单事情效应(SEE)的呼应。

  电源规划从其本质上讲就充满了折衷和折衷,例如本钱,尺度,功用和牢靠性。可是,还存在优化和减小储能无源元件的尺度和质量的规模。

  开关DC-DC经过操控通态和关态的占空比,依据流入和流出DC-DC的能量来调理输出电压。当开关导通时,能量从输入源流入转化器,在降压的情况下,其间一些以磁能(0.5 *LI2)的办法存储在电感器中,而另一些则直接传递到输出中(正向)拓扑)。相似地,在封闭距离期间,能量从转化器传递到负载。为了降压,它来自电感器,该电感器从前在FET导通时存储在该电感器中。

  在导通时刻内添加到电感的能量一直等于开关断开时传递到负载的能量,即,电感在每个周期结束时的电流和能量与开始时彻底相同。稳态的界说!

  例如,假定开关频率为500 kHz,输入为+ 5.5V,负载电压为+ 0.95V,负载电流为18 A,转化功率为90%,则得到的输入和输出功率为19和17.1W。在每个开关周期内罗致的源能量为38 µJ,FET关断时的能量输出为34.2 µJ。在500 kHz的频率下,调理器处理的总能量为17.1 J / s或按界说为17.1W。

  当咱们向电感器添加能量时,流经电感器的电流会线性上升。当咱们去除能量时,电流会下降,然后导致观察到沟通电流纹波。以相似的办法,当咱们向电容器添加能量时,电容器两头的电压线性上升。当咱们除掉能量时,电压下降,然后导致观察到沟通电压纹波。开关动作不断地添加和消除能量,然后发生流经电感器的电流纹波和电容器两头的电压纹波。关于这两者,都有相关于其直流电平的最大可容忍沟通改变量的原则。

  关于降压稳压器,当开关FET导通时,电感器将输入能量存储在其磁场中,而当高端晶体管关断时,电感器将其传递到负载。电感值的挑选依据要传递给负载的电流纹波的巨细,由几许比r界说:

  其间Iload是均匀电感器电流,ΔIload是电流摆幅,Iac和Idc分别是电感器电流的ac和dc值。亨利中与r相关的终究电感可以经过以下公式核算:

  例如,要在18 A电流下发生+ 0.95V电压轨,下表列出了以安培为单位的肯定峰峰值电感电流纹波和Iload的百分比,以及作为r的函数得出的电感:

  彻底集成的空间级降压稳压器可供给总体上较小的外形尺度,而且易于规划,一起还有必要添加外部磁和无源元件,然后使规划人员可以更好地操控电流纹波的电平,然后操控电压改变传递给负载。

  大电感会发生较小的电流纹波,然后下降负载中的电压动摇。较大的电感(因为其天然会反抗电流改变的趋势)会减慢调理器的瞬态呼应,并因为较大的固有dc电阻而添加功率损耗。较小的电感可前进调理速度,但会添加输出纹波量,并有将电感驱动至饱满的危险。重要的是,不要超越电感的均方根电流和饱满电流额外值,后者要大于核算出的峰值。磁体的物理尺度有必要与其能量处理才能相匹配,而且需求更大的磁芯来处理更高的功率。另请查看电感的容差,关于某些供货商,其容差可能会高达30%,

  电感器电流纹波表现为输出电压的改变,输出电容的功用之一是削减负载看到的纹波量。电容器ESR和ESL是确认与电感器电流相关的输出电压纹波的重要参数。

  电容器天然可以反抗沟通电的改变。电压,一旦充电,就有坚持电压的趋势,尤其是在直流电之上存在纹波的情况下。假如电容器尺度恰当,将太慢而无法跟上因为纹波引起的电压动摇,因而它们会被滤除。

  当FET关断时,输入与输出断开,可是,负载一直需求接连的能量流。在这段时刻内,输出电容还有必要存储满足的电荷认为负载供给输出:当开关断开时,电感电流在为负载供电时会减小,而输出电容则可以缓冲这种电流改变,因而负载的电压简直安稳。

  输出电容还决议了调理器怎么呼应负载电流的大改变。它的巨细有必要恰当以在DC-DC无法且直到DC-DC的反应操控回路可以呼应之前供给负载。下面的公式指定了完结此操作所需的最小输出电容:

  由电感器和输出电容构成的LC滤波器去除了开关波形的ac重量,以输出均匀(dc)电压。关于降压稳压器,输出电容经过以负载电压为中心的纹波重复充电和放电。图1中的迹线Ico制作了流入输出电容的接连电流。

  一般,并联运用各种不同的电容器,以最小化等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)对输出纹波和均流的影响,以保证牢靠的作业。依据零件的额外纹波电流,作业电压和寄生虫来挑选零件。

  图3制作了由ESR,ESL和电容发生的纹波电压奉献。ESR的奉献是电阻*电流,电容重量是电流和时刻的积分,发生三角波,ESL重量可以表明为导数,在每个开关瞬间都会发生瞬时尖峰,然后发生高频脉冲-像噪音。电容器两头的总电压动摇包括以下三个成分的总和:

  图4比较了从钽电容和多层陶瓷电容器(MLCC)测得的纹波电压。MLCC具有较低的固有ESR,而且添加电容量可进一步下降纹波。

  输入电容可将在DC-DC开关处看到的源纹波电压下降到大容量电容器可以处理的水平,而不会影响大容量电容器的ESR耗散。关于降压稳压器,当FET导通并导通时,其输入电流的ac部分由电容供给。当高端开关断开时,输入电容充电,图1中的迹线Ic(IN)制作出具有高di / dt和峰峰值起伏的不接连梯形波形。该源无法发生如此敏捷改变的脉动电流。

  大容量输入电容用于最小化电源电压误差,以保证负载瞬变期间的安稳输出。电容越高,扰动越小,它与负载电流的改变成正比。

  确认输入电容量的一个很好的起点是指定峰峰值电压纹波的方针电平,该方针电平与电容和开关频率成反比,但与负载电流和ESR成正比:

  关于降压稳压器,输入电容器的均方根电流要比输出电容器中的均方根电流高得多,前者是由其应力要求决议的,而在输出端,仅是最大答应负载纹波决议了电容的巨细。电容器的最大答应均方根电流可以依据其最大功耗(由其外壳尺度,ESR和可接受的温升得出)来核算。

  一般,并联运用各种不同的电容器以最小化ESR和ESL对输入纹波以及电流同享的奉献,以保证牢靠的作业。依据零件的额外纹波电流,作业电压,自发热,ESR和ESL挑选零件,并运用多层陶瓷,因为它们的寄生系数低。因而,观察到的纹波简直彻底归因于实践电容,因而有必要留意热和直流偏置对电容器值的影响。对温度不太灵敏的电介质一般用于最小化电容的改变。温度越高,包括寿数在内的牢靠性越低。

  规划降压稳压器时,需求权衡许多:较高的开关频率可下降输入和输出电容器中的纹波电压电平,并削减DC-DC所需的电容量。可是,减小后者会添加电压纹波的起伏,而以更快的速率进行切换则会添加沟通损耗,然后影响功率。还存在优化的时机,例如,关于给定的电压纹波方针,假如添加开关频率以运用较小的能量存储组件,则可以减小电容。

  较小的电感具有较低的DCR,可改进瞬态呼应,而且关于给定的瞬态功用,所需的输出电容也较小。较大的电感导致较低的纹波电流,因而等效输出纹波所需的电容较小。

  假如超越电感的饱满电流,其电感将下降,然后添加纹波电流:电感下降30%将使纹波电流添加40%以上,并使磁芯饱满。屏蔽电感器可下降EMI和潜在搅扰,但因为制作本钱添加,价格稍贵。屏蔽会下降饱满电流,然后下降最大答应均方根电流。Lsat也随温度而改变!

  直到下个月,第一个告诉我0603和0805尺度MLCC的最大功率耗费的人将赢得“火箭科学家国际巡回赛T恤”课程。祝贺来自加拿大多伦多的戴夫(Dave),第一个答复我上一篇文章中的谜语的人。

  Rajan Bedi博士是Spacechips的首席履行官和创始人,该公司规划和制作了一系列先进的L至Ku频段,超高通量板载处理器和应答器,用于电信,地球观测,导航,互联网和M2MIoT卫星。

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