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AC-DC降壓芯片至關重要的“四大天王”

電子工程師 ? 來源:lp ? 2019-04-04 16:16 ? 次閱讀

AC/DC電源適配器供電電的系統中,輸入電壓電壓通常高于230V,但輸出電壓通常不高于4.2V(單同/8.4V(雙瞳), AC-DC使用在在藍牙音箱、電池檢測、高亮手電筒、USB Type-C PD、大尺寸面板門級驅動等場合,則需要高達9V或12V及以上的輸出電壓,遠低于電源輸入電壓。因此,需要AC-DC降壓轉換器提供數倍于輸出的輸輸入電壓,以滿足這些系統中各種各樣的電路和功能的需要。

現在市場上的AC-DC電源IC芯片分為原邊驅動和副邊驅動。

在AC-DC電源驅動的降壓模式中,根據模式轉換,會將AC-DC電源卡驅動模式轉換為DC-DC降壓模式。同時DC-DC降壓模式又分為同步降壓和異步降壓

同步降壓和異步降壓的優勢就是擁有更快的導通速度、和更小的導通壓降,因而效率回更高。同步降壓無須外圍的二級管,二級管因為有固定的導通電壓存在,在越大的輸出電壓的時候,二級管上的功耗損失會越大。同步模式可以用外部的周期信號控制DC-DC震蕩頻率的工作方式,可以減少對數字電路的干擾。

DC/DC轉換器的非絕緣型降壓開關穩壓器有異步整流(二極管)式和同步整流式兩種。

1.異步整流式是較早使用的方式,就開關穩壓器而言電路簡單但效率卻超過80%左右。

異步整流式于下側開關使用二極管,異步整流式通過上側晶體管的ON/OFF使電流流向或不流向二極管。

2.高效率的同步整流式開關穩壓器用IC被陸續開發,控制或電路極為復雜的同步整流式變得容易設計,逐漸成為主流。同步整流式最大可以獲得近95%的效率。

1)同步整流與異步整流區別在于異步整流式于下側開關使用二極管,而同步整流式則與S1同樣為晶體管。同步整流式雖然基本工作與異步整流相同,但是下側開關的ON/OFF也由控制電路進行。如果雙方同時為ON,則電流將從VIN直接流向GND,故雙方必須制造OFF時間,所謂停滯時間的時序等進行復雜的控制。同步整流式的效率之所以比異步整流式好,是因為下側開關使用晶體管(尤其是MOSFET)。

2)另一個大區別在于輕負載時的工作狀態。上圖中橘色和綠色的箭頭分別表示輕負載時異步整流式(橘)和同步整流式(綠)的電感電流。電感電流如上圖所示,通過開關變成三角波。當負載電流變得非常少時,電感電流會下降至零交叉級。在此狀態下,異步式為二極管只能朝一方向流動電流,因此沒有如橘色波形般進入負領域的波形電流,電流波形呈具有零周期之間斷狀態,此稱為不連續模式。同步式由于晶體管,故可逆流,使負領域電流持續,此稱為連續模式。

3.損耗與效率

任何電路都通過開關流動電流,故此會因為開關而有損耗,以致影響效率。二極管的VF通過電流増加,即使是低VF的肖特基二極管,1A時的VF也將為0.3~0.5V左右。與之相對,例如Nch-MOSFET的ON電阻極低,低至50mΩ左右,如果計算下降電壓的話,可知1A時Nch-MOSFET將為50mV,遠低于二極管的VF。

如果為不連續模式,則開關電壓將發生振鈴,高諧波噪聲將被釋出。同步式通過維持連續的電感電流而使穩定的工作繼續。但是,反向電流由于須從輸出電容器供給,故效率稍低。

總結來說,同步整流型和異步整流型都很具有代表性,應用廣泛。整體而言,電源設計工程師須先行探討電路的復雜性、成本、效率、振鈴導致的高諧波噪聲,然后根據自己的需求進行權衡,來判斷哪一方式最適合選擇。

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原文標題:捷技術:AC-DC降壓芯片至關重要的“四大天王”

文章出處:【微信號:mojay_semi,微信公眾號:茂捷半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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