在DC/DC
转换器电源模块领域,已经从化转向“通才”。这意味着电源模块不再具有用于特定应用的单一基本功能,而是具有一套使其适合各种应用的功能。
图 1 描绘了各种环境中非隔离小型 DC/DC 转换器电源模块的典型应用。安全摄像头系统的电源模块提供 5 V 电压。然后 DC/DC 模块产生图像处理器 IC 所需的 3.3 V 电压。电流消耗与时间相关;只有在拍照时系统才需要能量。
图 1:DC/DC 电源模块的典型应用范围
可穿戴设备和便携式设备等
电池供电的应用需要高效电源才能确保较长的电池寿命。内部电池由 DC/DC 电源模块供电,将 5V 转换为 3.6V 为电池充电。
需要使用模数转换器 (ADC) 来测量电压并将其转换为
示波器中的数字值。ADC 的 5 V 电压由电源模块生成,该电源模块由示波器的内部 12 V DC 总线供电。
仓库物流控制单元直接连接到 24V 直流总线。它们必须能够抵御电源总线上始终存在的瞬变。
所描述的每个应用对于供电 DC/DC 转换器都有特定的要求。本文着眼于各个要求,并概述 DC/DC 电源模块如何满足这些要求。
考虑到所述应用对 DC/DC 转换器的主要要求,可以将其归纳为以下四类:
宽输入电压范围
自适应切换行为
高效率
电源排序
宽输入电压范围
所述应用的输入电压范围从 5V 负载点 (PoL) 电源延伸到器件本身生成的 12V 中间电压,用于直接连接到 24V 直流总线。每个轨电压都有自己的容差范围。如果要为每个轨电压使用单独的 DC/DC 转换器,则必须构思、配置、测试、检查 EMI 一致性、构建和后勤处理相应的设计。
VDLM 系列 171013801、171023801 和 171033801 的输入电压范围为 3.5 至 38 V。这使得电源模块适合覆盖所有常见电压轨。
自适应切换行为
便携式设备等电池供电应用并不总是在满负载条件下运行。例如,测量应用在测量期间具有较高的功率需求,而在测量之间具有较低的功率需求。
有两种负载状态很常见:
轻负载,其中应用程序在空闲或待机模式下运行(降低能耗)
满载,应用程序在标称条件下运行(正常能耗)
每种负载条件下的
开关行为是什么?如果提到的两个特性与 DC/DC 电源模块相关,则意味着轻负载时很少或没有发生开关,而开关是造成大部分损耗的原因。为了实现这一点,需要自适应切换行为,即具有不同切换行为的两种模式以及足够智能的系统以根据负载需求在模式之间进行转换。
在我们期望的以脉冲宽度调制 (PWM) 模式运行的标准降压转换器的“典型”行为中,将生成可变脉冲宽度,同时开关频率保持固定。PWM模式应用广泛,大多数工业电源中都有这种模式。这种模式对于这些类型的应用来说是令人满意的,因为它们在大部分使用寿命内都在重负载条件下工作。
然而,
传感器等应用具有不同的负载行为。这里,轻负载条件是主要的运行情况。因此,必须调整开关行为,以便在这种负载情况下实现性能。在脉冲频率调制 (PFM) 模式下,频率会发生变化。如果我们比较PWM模式和 PFM 模式,则很明显 PFM 模式提供更高的效率值,因为给定时间段内的开关次数较少,因此开关损耗也较低。在 PFM 模式的空闲时间内,与 PWM 模式相比,模块不会产生损耗。