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最先進的同步整流轉換器是工業設備省力化與小型化的關鍵

王玉蘭 ? 來源:羅姆 ? 作者:羅姆 ? 2023-02-20 09:25 ? 次閱讀

-上次您談了LB產品支持長期供應保證與小卷盤銷售,有助于工業設備的省力化與小型化。那么接下來請您具體介紹一下LB產品的DC/DC轉換器。

前面我也提過,目前的產品陣容為同步整流降壓型的功率晶體管內置型約有16種機型,支持控制器的有2種機型。當然工作溫度范圍等基本規格均為工業級。具體請參考下表。

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-說到工業設備用的DC電源,我的印象中是工業設備中將標準的總線電壓12V和24V作為輸入,向電路板供給系統電壓5V和3.3V。
看表中功率晶體管內置型的最大輸入電壓范圍,有好像符合我印象的40V產品,另外還有7V、20V的產品系列,請介紹一下其作用。

您印象中的用途可使用40V產品。12V總線當然可處理24V總線??商幚?4V的功率晶體管內置的為同步整流型在行業中也不多見,因此對設計人員來說是利好消息。20V產品基本上是12V輸入,有些情況下5V輸入也可。7V產品是設想從12V/24V降壓的5V/3.3V再降壓。MCUFPGA等通過3.3V以下的電壓工作的設備增加,因此定位為對總線電壓降壓后的低電壓進行降壓的二次DC/DC轉換器。不僅高耐壓產品,低電壓產品也需要LB產品。

為整理一下上述內容,再提供一個表格。這個表格是相對于標準3.3V、5V、12V、24V輸入電壓每個機型的對應范圍與輸出電流,更容易理解。

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-印象中工業設備的降壓尤其是從12V、24V的降壓一般使用二極管整流型的DC/DC轉換器。
該系列是同步整流型,有什么特別用意嗎?

工業設備總線電壓的降壓多使用二極管整流(異步整流)型,這是事實。特別是這部分是12V、24V等比較高的電壓,從總線角度看,必須從根本上考慮配電相關事項,因此需要強大的電源。從這個意義來講,包括以往的業績在內,二極管整流型一直比較受歡迎。

然而另一方面,同步整流型以膝上電腦等電池驅動設備中的采用為開端,現在已經成為必須高效的便攜設備的標準電源。作為眾所周知的事實,相對于一般二極管整流型的最大效率超過80%的程度,同步整流型則可實現超過90%的高效率。首先,“高效率”這一點是同步整流型的最大優點。

近年來,節能化與小型化已成為不可或缺的要求事項。這在工業設備領域也不例外,為了耐用而體積大一點粗糙一點效率也多少犧牲一點等已經越來越不被允許。在這種背景下,電源正應該好好利用可實現高效率的同步整流型。

-我想同步整流型已經在眾多電子設備中采用,為什么工業設備中的應用并不那么廣泛呢?

這是個很難回答的問題(苦笑)。從業績的角度考慮采用時的確猶豫不定的情況比較多。實際上,一直以來同步整流型也有高耐壓品,而且其在全球的業績也已經有十二分了吧。如果說有什么的話,可能給人的印象是其應用偏消費電子設備,并不適合工業設備。

包括這個層面的原因在內,LB產品的規格既注重性能等實質方面,又滿足長期供應保證、小卷盤銷售等工業設備特有的需求。希望能消除傳統印象帶來的顧慮。

-現在我明白了使用同步整流型可提高電源效率并且更省力。
那關于小型化怎么解釋呢。聽說一般同步整流型的元器件數量比二極管整流型的要多,設計也更復雜。

您說的也并沒有錯,但那是指使用控制器型IC的情況。該系列的控制器型有2種機型,另外內置功率晶體管,所需的外置元器件為電感1個,輸入輸出電容器、設置/調整用電阻電容器各幾個。這與一般的二極管整流型相比,二極管整流型的肖特基勢壘二極管無論如何都需要外置,因此主要元器件反而增加了。近年來的同步整流型盡量集成能內置的元器件,控制器型也同樣,只有功率晶體管內置還是外置的區別。從元器件數量和設計成本層面看,不需要二極管整流所需的1個二極管,因此可以說如今同步整流型反而更具優勢。

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另外我再講一下關于尺寸的重要因素。如果說元器件數量相同,那么影響尺寸的就是元器件本身的尺寸。IC本身都是很小的,但在電源電路中大小比較引人注目的是電感與輸入輸出電容器。如果開關頻率提高,這些元器件可簡單地使用值小的產品,自然尺寸也變小。一般從損耗和控制層面看,同步整流的開關頻率更容易提高,進行兆赫茲開關的同步整流型并不罕見。實際上,關于安裝面積,比起IC和元器件數量,多數情況下外置元器件的尺寸已占主導地位。舉個例子,請看下面的照片。這是40V輸入的功率晶體管內置型BD9E300EFJ與同等能力的二極管整流型的比較。從照片可以看到,安裝面積僅為一半左右,電感非常小,沒有二極管。

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-也就是說,LB產品不僅通過長期供應保證與小卷盤銷售來滿足工業設備客戶安心與利便性需求,還非常注重有助于省力化與小型化的效率與尺寸等實質層面。

這就是該系列的特別用意。希望客戶在新產品設計時甚至改版升級等時務必考慮采用該系列產品。

審核編輯黃宇

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