W zastosowaniach takich jak połączenia bezprzewodowe, które opierają się na obwodach analogowych o niskim poziomie sygnału i projektach cyfrowych, które wykorzystują niskie napięcie w szybie mocy,jakość szyny prądu stałego jest kluczowa dla utrzymania wydajności systemuOprócz efektywności konwersji, dokładności wyjścia, stabilności oraz regulacji linii i obciążenia,jakość szybów prądu stałego zależy również od takich czynników, jak wrodzony hałas i przejściowa reakcja na zmiany dynamicznego obciążenia.
Jednak silna seria Silent Switcher firmy Analog Devices przeszła wielokrotne pokolenia rozwoju i stała się dojrzałą technologią, która, w odpowiednim stosowaniu,może zapewniać wymaganą nisko hałasową moc wyjściową prądu stałego i ultra szybką reakcję przejściową.
W tym artykule skupiamy się na przedstawieniu tych łatwych w obsłudze, wydajnych regulatorów przełączania prądu stałego/prądu stałego, ich zalet i problemów, które mogą rozwiązywać.W tym artykule przyjmiemy zastosowanie urządzeń analogowych jako przykład, aby zilustrować, jak zmaksymalizować wydajność tych regulatorów przełączania.
Silent Switcher Series
Regulatory przełączania prądu stałego i prądu stałego z serii Silent Switcher z urządzeń analogowych przeszły obecnie do trzeciej generacji.Pierwsza generacja produktu Silent Switcher 1 jest głównie stosowana w celu zmniejszenia hałasu wysokiej częstotliwości związanego z regulatorami przełączaniaTa generacja produktów ma trzy główne zalety: niską interferencję elektromagnetyczną (EMI), wysoką wydajność i wysoką częstotliwość przełączania (odpowiednia dla mniejszych powiązanych urządzeń).
Następnie firma Analog Devices wydała Silent Switcher 2. Produkt ten zachowuje funkcjonalność swojego poprzednika i dodaje zintegrowane kondensatory precyzyjne.przyjmowanie bardziej kompaktowego wyglądu i eliminowanie wrażliwości na układ płyt obwodowych drukowanych (PC board).
Produkty trzeciej generacji Silent Switcher 3 dziedziczą unikalne cechy dwóch poprzednich generacji.Produkt ten ma również zalety szybkiej reakcji przejściowej i bardzo niskiego hałasu w zakresie niskiej częstotliwości (rysunek 1).
Silent Switcher DC/DC regulator z urządzeń analogowych (kliknij, aby powiększyć).
Rysunek 1: Każda generacja regulatorów Silent Switcher DC/DC zachowuje cechy i funkcje poprzedniej generacji i dodaje nowe cechy i funkcje.
Proste rozwiązanie hałasu przełącznika
Aby osiągnąć charakterystykę niskiego hałasu w stosunku do dwóch poprzednich generacji produktów, projektanci zbadali różne źródła hałasu i zbadali innowacyjne metody obejścia, zminimalizowania hałasu i ograniczenia jego występowania.lub nawet eliminuje źródła hałasuNa przykład głównym źródłem hałasu w zasilaniu w trybie przełącznikowym jest przełączanie prądu, a nie przepływ prądu w stanie stałym.W tradycyjnych topologiach regulacji trybu przełącznika, istnieje ścieżka prądu zwana pętlą termiczną. Pętła termiczna jest głównym źródłem hałasu wysokiej częstotliwości emitowanego do powietrza, powodującego EMI.Pierwsza generacja Silent Switcher DC/DC regulator innowacyjnie podzielił obwód termiczny na dwa symetryczne obwody prąduTworzy to dwa pola magnetyczne o przeciwnych biegunach, które w dużej mierze eliminują promieniowany hałas.
Integrując kondensator wejściowy bezpośrednio w pakiet IC, Silent Switcher 2 minimalizuje krytyczne obwody cieplne w możliwie największym stopniu.
Architektura ta obsługuje szybkie przełączanie krawędzi, osiągając wysoką wydajność w warunkach przełączania o wysokiej częstotliwości przy zachowaniu dobrej wydajności EMI.Wewnętrzny kondensator ceramiczny na końcu napięcia wejściowego prądu stałego (VIN) pomaga utrzymać małą szybką pętlę prądu przemiennegoArchitektura Silent Switcher wykorzystuje również własną technologię projektowania i pakowania, aby zmaksymalizować wydajność na bardzo wysokich częstotliwościach,umożliwiające jej przejście maksymalnych ograniczeń EMI CISPR 25 klasa 5.
Ponadto stosowana jest również technologia pozycjonowania napięcia aktywnego (AVP), co oznacza, że napięcie wyjściowe zależy od prądu obciążenia.wartość regulacji napięcia wyjściowego jest wyższa niż wartość nominalnaRegulacja obciążenia prądu stałego została dostosowana w celu poprawy wydajności przejściowej i zminimalizowania wymogów kondensatora wyjściowego.
Cichy przełącznik 3 i przejściowa reakcja
Odpowiedź przejściowa odnosi się do zdolności regulatora napięcia do reagowania na nagłe zmiany obciążenia i stała się coraz ważniejszym parametrem.oprócz minimalizowania hałasu niskiej częstotliwości (10 Hz do 100 kHz), produkty trzeciej generacji koncentrują się również na zapewnieniu ultraszybkiej reakcji przejściowej.
Procesory sygnału i system na chipie (SoC) często doświadczają nagłych zmian w krzywych przejściowych obciążenia, w związku z czym coraz większa uwaga jest poświęcona odpowiedzi przejściowej.Ten przejściowy obciążenie może powodować zakłócenia napięcia zasilaniaNa przykład różne napięcia zasilania mogą poważnie wpływać na częstotliwość zegara systemu.
Dlatego RF SoC zazwyczaj stosują czas wyłączenia podczas tranzytorów obciążenia.zminimalizowanie wpływu zmiennych obciążeń na zasilanie poprawi wydajność systemu.
Aby osiągnąć te cele, jednoczponowe urządzenie Silent Switcher 3 przyjmuje konstrukcję wzmacniacza błędów o bardzo wysokiej wydajności,które mogą zapewnić dodatkową stabilność nawet w przypadku agresywnej rekompensatyMaksymalna częstotliwość przełączania wynosząca 4 megahertz (MHz) umożliwia IC zwiększenie szerokości pasma pętli sterowania do około 100 kHz w trybie sterowania prądem szczytowym stałej częstotliwości.Wielokrotne innowacyjne technologie mogą również zmniejszyć subtelne czynniki utrudniające przejściową reakcję:
Separacja obciążenia - w typowej konstrukcji obciążenie 1 V obejmuje obwody przesyłające i odbierające, oscylator lokalny (LO) i oscylator sterowany napięciem (VCO).W czasie pracy podziału częstotliwości (FDD)W tym samym czasie obciążenia LO i VCO są stałe, ale wymagają wysokiej precyzji i niskiego hałasu.
Wysoka przepustowość tych urządzeń umożliwia projektantom oddzielenie obciążeń dynamicznych i statycznych za pośrednictwem drugiego induktoru (L2),w ten sposób zasilanie dwóch krytycznych grup obciążeń 1 V z układu regulacyjnego IC (rysunek 2)Odpowiedź przejściowa obciążenia jest szybka, odchylenie VOUT jest minimalne i nie wpłynie na obciążenie statyczne (rysunek 2, dolna część).