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    高性能、高度集成、軟開關降壓穩壓器平臺

    發布時間:2013-03-27 責任編輯:easonxu

    【導讀】Picor引入一個高性能、高度集成、軟開關降壓穩壓器平臺, 可高頻工作,大幅度地降低開關損耗,提高效率。PI33xx采用零電壓開關(ZVS)拓撲允許在更高頻率和更高輸入電壓進行操作,而且不會犧牲效率。


    降壓穩壓器的關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計方案。此外,由于單片機和數字信號處理器(DSP)不斷推陳出新, 電路板設計方案也不斷升級,盡管功率有所增加,但產品尺寸卻不能增大了。因此,高密度穩壓器便順著最新IC集成技術、MOSFET及封裝工藝的改良而不斷發展。

    縱使這樣, 這些穩壓器還是無法滿足新系統的應用要求. 尤其是系統內部的功率密度正日益提高。其主要原因是開關損耗阻礙穩壓器MOSFET的內部性能。同時,需要更高的V(in)/V(out)轉換比例及更高的開關頻率。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、軟開關降壓穩壓器平臺, 可高頻工作,大幅度地降低開關損耗,提高效率。PI33xx采用零電壓開關(ZVS)拓撲允許在更高頻率和更高輸入電壓進行操作,而且不會犧牲效率。同傳統穩壓器采用的硬開關拓撲相比,零電壓開關(ZVS)拓撲是一種軟開關拓撲。同傳統穩壓器相比,PI33xx的軟開關技術具有更高的效率以及更高的密度性能。零電壓開關(ZVS)拓撲通常是成就高性能隔離電源的因素。在PI33xx內部集成零電壓開關(ZVS)拓撲,實乃業界首創。

    圖1給出PI3301(PI33xx系列產品的3.3V版本)與業界常用高密度穩壓器對比的效率性能。PI3301采用零電壓開關(ZVS)或軟開關拓撲,而競爭產品則采用硬開關拓撲,圖1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,硬開關穩壓器在較高輸入電壓時效率退化。這個效率退化是硬開關拓撲中開關損耗帶來的直接結果。

    圖1:Picor PI3301 Cool-Power ZVS降壓穩壓器與競爭產品的效率性能對比
    圖1:Picor PI3301 Cool-Power ZVS降壓穩壓器與競爭產品的效率性能對比

    PI33xx系列產品工作頻率在1.5MHz以上,是傳統高密度穩壓器的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,并允許對輸入瞬態和負載瞬態做出快速動態響應。

    PI33xx內的零電壓開關(ZVS)開關拓撲

    圖2是對傳統降壓拓撲與采用零電壓開關(ZVS)拓撲的PI33xx進行直接對比。首先,常用的方法是在完整開關周期起始處(圖2中黃色豎條表示),高端MOSFET得到指令而導通。在導通之前,有電流流經輸出電感器和同步MOSFET。為了避免兩個MOSFET的交叉傳導,在關閉同步MOSFET和開啟高端MOSFET之間存在一個微妙的平衡。

    圖2:PI33xx降壓拓撲與傳統產品的對比
    圖2:PI33xx降壓拓撲與傳統產品的對比

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

    通過改進開關拓撲,能夠以更高的效率和更小的尺寸,實現對更高電壓的穩壓。通過PI33xx中的零電壓開關(ZVS)拓撲, Picor為工程師提供了一款高性能降壓穩壓器,可以將36Vin直接調節至3.3V,另外,導通時間最短20ns,支持36:1的高比率轉換,這是傳統硬開關高密度穩壓器所難達到的。

    Picor Cool-Power ZVS降壓穩壓器非常容易使用。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,無需外部參數設置。引腳對引腳兼容, 可很容易的轉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, 增加不同應用的靈活性。

    圖3:Picor Cool-Power尺寸大小和與同行產品轉換效率對比
    圖3:Picor Cool-Power尺寸大小和與同行產品轉換效率對比

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