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電源轉(zhuǎn)換的需知：
選擇適當(dāng)?shù)碾娫垂芾碓�件取決于該應(yīng)用的輸入和輸出條件。
電源輸入是交流(AC) 或直流(DC)?輸入電壓是高于或低于所需的輸出電壓? 所需的負(fù)載電流是多少? 負(fù)載是否對噪聲敏感,或需定電流(如 LED 的應(yīng)用), 又或是變化較大的電流?
各應(yīng)用基于其特殊的需求,會選擇不同電源轉(zhuǎn)換元件
2. 電源管理 IC 的選用標(biāo)準(zhǔn)
立锜科技擁有大規(guī)模低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 和直流-直流轉(zhuǎn)換器/控制器的產(chǎn)品組合。下表可快速地檢視一般選用低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 和直流-直流開關(guān)式電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)時(shí),首先考慮的是輸入到輸出的電壓差 (VIN – VOUT)。在選擇最佳的電源解決方案時(shí),該應(yīng)用的特殊需求,如效率、 散熱限制、 噪聲、 復(fù)雜度和成本等都要考慮。
3. 檢視主要電源架構(gòu)及電源管理元件
當(dāng) VOUT 小于 VIN,所需輸出電流和 VIN / VOUT 比是考量選擇低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 或降壓轉(zhuǎn)換器 (Buck) 的重要因素。
低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 非常適合需要低噪聲、低電流及低 VIN / VOUT 比之應(yīng)用。低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 藉由線性方式控制導(dǎo)通元件的導(dǎo)通,以調(diào)節(jié)輸出電壓。線性穩(wěn)壓器提供準(zhǔn)確且無噪聲的輸出電壓,能快速因應(yīng)輸出端的負(fù)載變化。然而,線性調(diào)節(jié)意謂著輸入輸出的電壓差乘上平均負(fù)載電流就是線性穩(wěn)壓器導(dǎo)通元件所消耗的功率,即 Pd = (VIN – VOUT) * ILOAD。高 VIN / VOUT 比與高負(fù)載電流都會導(dǎo)致過多額外的功率損耗。
功率消耗較高的低壓差線性穩(wěn)壓器 (LDO) 需要較大的封裝尺寸,而這會增加成本、PCB 板空間和熱能消耗。所以當(dāng) LDO 功耗超過 ~ 0.8W 時(shí),較明智的作法是改采降壓轉(zhuǎn)換器作為替代方案。
在選擇 LDO 時(shí),須考慮輸入和輸出電壓的范圍、LDO 的電流大小和封裝的散熱能力。 LDO 電壓差是指在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi),VIN – VOUT 的最小電壓。在微功率應(yīng)用中,如需靠單一電池供電很多年之應(yīng)用,LDO 靜態(tài)電流IQ 必須夠低,以減少電池不必要的消耗;而這類應(yīng)用就需要特殊的、具低靜態(tài)電流IQ 之低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。
降壓轉(zhuǎn)換器是一種開關(guān)式降壓轉(zhuǎn)換器,它可在較高的 VIN / VOUT 比和較高的負(fù)載電流之下,提供高效率和高彈性的輸出。它的基本電路如圖三所示。大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)內(nèi)部高側(cè) MOSFET 和一個(gè)低側(cè)作為同步整流器的 MOSFET,借著內(nèi)部占空比控制電路來控制兩者的交替開、關(guān) (ON/OFF) 以調(diào)節(jié)平均輸出電壓。切換造成的噪聲可由外部 LC 濾波器來過濾。
由于兩個(gè) MOSFET 是交替開關(guān) (ON 或 OFF)，所以功率消耗非常小；藉由控制占空比，可以產(chǎn)生較大 VIN / VOUT 比的輸出。內(nèi)部 MOSFET 的導(dǎo)通電阻 RDS(ON) 決定了降壓轉(zhuǎn)換器的電流處理能力，而 MOSFET 的額定電壓決定最大輸入電壓。開關(guān)切換頻率與外部 LC 濾波器元件則共同決定輸出端的紋波電壓大小；較高開關(guān)切換頻率之降壓轉(zhuǎn)換器所用之濾波元件可較小，但開關(guān)切換造成的功耗則會增加。具脈沖跳躍模式 (PSM) 的降壓轉(zhuǎn)換器會在輕載時(shí)降低其開關(guān)切換頻率，從而提高輕載時(shí)的效率，此特性對需低功耗待機(jī)模式之應(yīng)用是非常重要的。有些特殊降壓型架構(gòu)，如 ACOT? 具有非常快的回路響應(yīng)，非常適合需要非常快速的負(fù)載瞬態(tài)反應(yīng)，如 DDR，Core SoC，F(xiàn)PGA 和 SIC 等的電源應(yīng)用。
升壓轉(zhuǎn)換器是用于 VOUT 高于 VIN 之應(yīng)用。基本電路圖如圖四所示。升壓轉(zhuǎn)換器將輸入電壓升至較高的輸出電壓。其操作原理是經(jīng)由內(nèi)部 MOSFET 對電感器充電,而當(dāng) MOSFET 斷路時(shí),透過至負(fù)載端之整流器將電感放電。電感充電轉(zhuǎn)為放電會使電感電壓變?yōu)榉聪?從而升高輸出電壓使之高于 VIN。 MOSFET 開關(guān) 的 ON / OFF 責(zé)任周期將決定升壓比 VOUT / VIN,并且回授回路也控制責(zé)任周期以維持穩(wěn)定的輸出電壓。輸出電容是緩沖元件,用來減小輸出電壓連波。
MOSFET 的電流額定值和升壓比一起決定最大負(fù)載電流,而 MOSFET 的電壓額定值決定最大輸出電壓。有些升壓轉(zhuǎn)換器則會將整流器以 MOSFET 整合于內(nèi)部,達(dá)到同步整流之功效。
升-降壓轉(zhuǎn)換器用于輸入電壓可能會改變,可低于或高于輸出電壓之應(yīng)用。如圖五所示的升-降壓轉(zhuǎn)換器中,當(dāng) VIN 高于 VOUT 時(shí),四個(gè)內(nèi)部的 MOSFET 開關(guān)將自動配置成降壓轉(zhuǎn)換器,而當(dāng) VIN 低于 VOUT 時(shí)則轉(zhuǎn)為升壓操作模式。這使得升-降壓轉(zhuǎn)換器非常適合以電池作為供電之應(yīng)用,特別是當(dāng)電池電壓低于調(diào)節(jié)輸出電壓值時(shí),得以延長電池使用時(shí)間。因?yàn)樗拈_關(guān)升-降壓轉(zhuǎn)換器是完全同步的操作模式,故可達(dá)較高的效率。降壓模式時(shí)的輸出電流能力比升壓模式時(shí)為高;因?yàn)樵谙嗤�的�?fù)載條件下,升壓模式和降壓模式相比之下,前者需要較高的開關(guān)電流。
MOSFT 的電壓額定值將決定最大輸入和輸出電壓范圍。在輸出電壓不需要參考接地的應(yīng)用中,如 LED 驅(qū)動器,可使用只有單開關(guān)和整流器的升-降壓轉(zhuǎn)換器。而在大多數(shù)情況下,輸出電壓是參考到 VIN。
多數(shù)的電源管理元件都是使用上述四個(gè)轉(zhuǎn)換器架構(gòu)其中一種。
采用內(nèi)部或外部的 MOSFET
需要非常大開關(guān)電流(如 > 10A)的應(yīng)用,通常都會使用外部的開關(guān) MOSFET,并且配合使用降壓控制器或升壓控制器。這類配置方式通常都是用在輸出功率超過 25W 的功率轉(zhuǎn)換器。
輸出電流 >25A 的降壓應(yīng)用多使用多相位降壓控制器，即不同的相位階段分享同一電流。具非常高切換電壓的電路，例如從 AC 線電壓供電的應(yīng)用電路中，通常會采用的控制器是使用外部、耐高壓的MOSFET。
LED 驅(qū)動器調(diào)節(jié)的是穩(wěn)定輸出電流，而不是穩(wěn)定輸出電壓，因?yàn)長ED特定的光輸出是完全由電流來決定。大多數(shù)高亮度LED 的正向電壓是 3?3.5V；而根據(jù)輸入電壓和 LED 串中 LED 的數(shù)量，轉(zhuǎn)換器可以是降壓，升壓或升-降壓型。
LCD 背光系統(tǒng)須驅(qū)動大量的 LED，因此會使用到多串型 LED 驅(qū)動器。某些離線式 LED 驅(qū)動器則會使用線性 LED 驅(qū)動器的架構(gòu)。大多數(shù) LED 驅(qū)動器還包括調(diào)光功能，以便能夠控制輸出電流，并進(jìn)而控制 LED 的光輸出。

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