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    可高頻工作、大幅度地降低開關(guān)損耗的降壓穩(wěn)壓器

    發(fā)布時間:2013-01-09 責(zé)任編輯:easonxu

    【導(dǎo)讀】由于單片機(jī)和數(shù)字信號處理器(DSP)不斷推陳出新, 電路板設(shè)計方案也不斷升級,盡管功率有所增加,但產(chǎn)品尺寸卻不能增大了。因此,高密度穩(wěn)壓器便順著最新IC集成技術(shù)、MOSFET及封裝工藝的改良而不斷發(fā)展。


    降壓穩(wěn)壓器的關(guān)鍵要求通常是尺寸和效率。由于印制電路板面積彌足珍貴,沒有誰愿意分配額外的空間給功率設(shè)計方案。此外,由于單片機(jī)和數(shù)字信號處理器(DSP)不斷推陳出新, 電路板設(shè)計方案也不斷升級,,管功率有所增加,但產(chǎn)品尺寸卻不能增大了。因此,高密度穩(wěn)壓器便順著最新IC集成技術(shù)、MOSFET及封裝工藝的改良而不斷發(fā)展。

    縱使這樣,這些穩(wěn)壓器還是無法滿足新系統(tǒng)的應(yīng)用要求。尤其是系統(tǒng)內(nèi)部的功率密度正日益提高。其主要原因是開關(guān)損耗阻礙穩(wěn)壓器MOSFET的內(nèi)部性能。同時,需要更高的V(in)/V(out)轉(zhuǎn)換比例及更高的開關(guān)頻率。如果不從根本上解決這些問題,那么只能期望些微的性能提升。

    Picor引入一個高性能、高度集成、軟開關(guān)降壓穩(wěn)壓器平臺,可高頻工作,大幅度地降低開關(guān)損耗,提高效率。PI33xx采用零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)湓试S在更高頻率和更高輸入電壓進(jìn)行操作,而且不會犧牲效率。同傳統(tǒng)穩(wěn)壓器采用的硬開關(guān)拓?fù)湎啾龋汶妷洪_關(guān)(ZVS)拓?fù)涫且环N軟開關(guān)拓?fù)洹M瑐鹘y(tǒng)穩(wěn)壓器相比,PI33xx的軟開關(guān)技術(shù)具有更高的效率以及更高的密度性能。零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)渫ǔJ浅删透咝阅芨綦x電源的因素。在PI33xx內(nèi)部集成零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)洌瑢嵞藰I(yè)界首創(chuàng)。

    圖1給出PI3301(PI33xx系列產(chǎn)品的3.3V版本)與業(yè)界常用高密度穩(wěn)壓器對比的效率性能。PI3301采用零電壓開關(guān)(ZVS)或軟開關(guān)拓?fù)洌偁幃a(chǎn)品則采用硬開關(guān)拓?fù)洌瑘D1中給出輸入電壓分別是12V、24V和36V時的效率性能。從圖1中的對比可以看出,硬開關(guān)穩(wěn)壓器在較高輸入電壓時效率退化。這個效率退化是硬開關(guān)拓?fù)渲虚_關(guān)損耗帶來的直接結(jié)果。

    圖1:Picor PI3301 Cool-Power ZVS降壓穩(wěn)壓器與競爭產(chǎn)品的效率性能對比
    圖1:Picor PI3301 Cool-Power ZVS降壓穩(wěn)壓器與競爭產(chǎn)品的效率性能對比

    PI33xx系列產(chǎn)品工作頻率在1.5MHz以上,是傳統(tǒng)高密度穩(wěn)壓器的2~3倍。在更高的頻率工作不僅降低無源組件的尺寸,而且降低外部濾波組件的尺寸,并允許對輸入瞬態(tài)和負(fù)載瞬態(tài)做出快速動態(tài)響應(yīng)。

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    PI33xx內(nèi)的零電壓開關(guān)(ZVS)開關(guān)拓?fù)?br />
    圖2是對傳統(tǒng)降壓拓?fù)渑c采用零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)涞腜I33xx進(jìn)行直接對比。首先,常用的方法是在完整開關(guān)周期起始處(圖2中黃色豎條表示),高端MOSFET得到指令而導(dǎo)通。在導(dǎo)通之前,有電流流經(jīng)輸出電感器和同步MOSFET。為了避免兩個MOSFET的交叉?zhèn)鲗?dǎo),在關(guān)閉同步MOSFET和開啟高端MOSFET之間存在一個微妙的平衡。

    圖2:PI33xx降壓拓?fù)渑c傳統(tǒng)產(chǎn)品的對
    圖2:PI33xx降壓拓?fù)渑c傳統(tǒng)產(chǎn)品的對

    PI33xx之所以能夠解決傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的高導(dǎo)通損耗問題,是因為在高端MOSFET導(dǎo)通之前,避免高電流體二極管傳導(dǎo);使高端MOSFET的漏極-源極電壓為零或接近零,而且不產(chǎn)生高電流尖脈沖或有破壞性的振鈴。針對Q1的零電壓開關(guān)(ZVS)動作,在Q1導(dǎo)通時可以消除米勒效應(yīng),允許在導(dǎo)通時使用更小的驅(qū)動器或更低的柵極驅(qū)動。

    通過改進(jìn)開關(guān)拓?fù)洌軌蛞愿叩男屎透〉某叽纾瑢崿F(xiàn)對更高電壓的穩(wěn)壓。通過PI33xx中的零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)? Picor為工程師提供了一款高性能降壓穩(wěn)壓器,可以將36Vin直接調(diào)節(jié)至3.3V,另外,導(dǎo)通時間最短20ns,支持36:1的高比率轉(zhuǎn)換,這是傳統(tǒng)硬開關(guān)高密度穩(wěn)壓器所難達(dá)到的。

    Picor Cool-Power ZVS 降壓穩(wěn)壓器非常容易使用。只需輸入/輸出電容, 和一個輸出電感就是所有需要外加的元件,無需外部參數(shù)設(shè)置。引腳對引腳兼容, 可很容易的轉(zhuǎn)換更高或更低電流的元件, 只需 以 “拿掉-貼上”的方式布線。如果另有其他功能, 增加不同應(yīng)用的靈活性。

    圖3:Picor Cool-Power尺寸大小和與同行產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率對比
    圖3:Picor Cool-Power尺寸大小和與同行產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率對比

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