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      類型分類:
      科普知識(shí)
      數(shù)據(jù)分類:
      接線鼻子

      淺議低功耗、低噪聲電源電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和感想

      發(fā)布日期:2022-04-26 點(diǎn)擊率:80

      濾波器以及EMI抑制濾波器使進(jìn)入信號(hào)路徑的電源噪聲最小化。

        正確的電源選擇可以降低對(duì)信號(hào)路徑IC的噪聲和紋波影響。在選擇一種電源時(shí),設(shè)計(jì)師首先在開關(guān)變換器和線性穩(wěn)壓器之間作一個(gè)基本選擇。開關(guān)轉(zhuǎn)換器提供較高的頻率,更高的頻率意味著較低的整體系統(tǒng)功耗。線性穩(wěn)壓器提供一種易于使用的解決方案,同時(shí)降低電源軌的噪聲/紋波。使用線性穩(wěn)壓器降低噪聲和紋波可以改善信號(hào)路徑性能。

        毫無疑問,在便攜式無線產(chǎn)品里,即需要自身工作耗電電流小的,又需要PSRR大的LDO,但是目前市面上的LDO產(chǎn)品,能兼顧到這兩個(gè)指標(biāo)的產(chǎn)品很少,本人找到一個(gè)S1167的LDO,工作自身耗電為9UA,PSRR為70dB,應(yīng)該說是比較兼顧這兩個(gè)指標(biāo)的,但是是日本貨。

        單單是考慮到PSRR,而IQ在45左右都無所謂的話,用AS1361是不錯(cuò)的,PSRR可到90dB以上。

        DC-DC電源選擇

        對(duì)于DC-DC來說,主要考慮轉(zhuǎn)換的效率,紋波,輸入輸出電壓等。

        在選擇DC/DC變換器時(shí),電路設(shè)計(jì)要注意輸出電流、高效率、小型化,輸出電壓要求:

        1. 如需求的輸出電流較小,可選擇FET內(nèi)置型;輸出電流需要較大時(shí),選擇外接FET類型。

        2. 關(guān)于效率有以下考慮:如果需優(yōu)先考慮重負(fù)荷時(shí)的紋波電壓及消除噪音,可選擇PWM控制型;如果同時(shí)亦需重視低負(fù)荷時(shí)的效率,則可選擇PFM/PWM切換控制型。

        3. 如要求小型化,則可選擇能使用小型線圈的高頻產(chǎn)品。

        4. 在輸出電壓方面,如果輸出電壓需要達(dá)到固定電壓以上,或需要不固定的輸出電壓時(shí),剛可選擇輸出可變的VDD/VOUT分離型產(chǎn)品。

        DC-DC工作方式PFM與PWM比較:

        PWM控制、PFM控制和PWM/PFM切換控制模式這三種控制方式各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn): DC/DC變換器是通過與內(nèi)部頻率同步開關(guān)進(jìn)行升壓或降壓,通過變化開關(guān)次數(shù)進(jìn)行控制,從而得到與設(shè)定電壓相同的輸出電壓。

        PFM控制時(shí),當(dāng)輸出電壓達(dá)到在設(shè)定電壓以上時(shí)即會(huì)停止開關(guān),在下降到設(shè)定電壓前,DC/DC變換器不會(huì)進(jìn)行任何操作。但如果輸出電壓下降到設(shè)定電壓以下,DC/DC變換器會(huì)再次開始開關(guān),使輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓。PWM控制也是與頻率同步進(jìn)行開關(guān),但是它會(huì)在達(dá)到升壓設(shè)定值時(shí),盡量減少流入線圈的電流,調(diào)整升壓使其與設(shè)定電壓保持一致。

        與PWM相比,PFM的輸出電流小,但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作,所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此,消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色,但是因其紋波電壓小,且開關(guān)頻率固定,所以噪聲濾波器設(shè)計(jì)比較容易,消除噪聲也較簡(jiǎn)單。

        若需同時(shí)具備PFM與PWM的優(yōu)點(diǎn)的話,可選擇PWM/PFM切換控制式DC/DC變換器。此功能是在重負(fù)荷時(shí)由PWM控制,低負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換到 PFM控制,即在一款產(chǎn)品中同時(shí)具備PWM的優(yōu)點(diǎn)與PFM的優(yōu)點(diǎn)。在備有待機(jī)模式的系統(tǒng)中,采用PFM/PWM切換控制的產(chǎn)品能得到較高效率。

        高頻的優(yōu)點(diǎn) :

        通過實(shí)際測(cè)試PWM與PFM/PWM的效率,可以發(fā)現(xiàn)PWM/PFM切換的產(chǎn)品在低負(fù)荷時(shí)的效率較高。至于高頻方面,通過提高DC/DC變換器的頻率,可以實(shí)現(xiàn)大電流化、小型化和高效率化。但是,必須注意的是只有通過線圈的特性配合才可以提高效率。因?yàn)楫?dāng)DC/DC變換器高頻化后,由于開關(guān)次數(shù)隨之增加的原因,開關(guān)損失也會(huì)增大,從而導(dǎo)致效率會(huì)有所降低。因此,效率是由線圈性能提升與開關(guān)損失增加兩方面折衷決定的。通過使用高效率的產(chǎn)品,相對(duì)可使用較低電感值的線圈,可以使用小型線圈,即使使用的是小型線圈也可得到相同的效率及輸出電流。

        外接器件選擇:

        除了需要關(guān)注DC/DC變換器本身的特性外,外接組件的選擇也不能忽視。外接組件中的線圈、電容器和FET對(duì)于開關(guān)電源特性有著很大影響。這里所謂的特性是指輸出電流、輸出紋波電壓及效率。

        線圈:如果需要追求高效率,最好選擇直流電阻和電感值較小的線圈。但是,如果電感值較小的線圈用于頻率較低的DC/DC,就會(huì)超過線圈的額定電流,線圈會(huì)產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象,引起效率惡化或損壞線圈。而且如果電感值太小,也會(huì)引起紋波電壓變大。所以在選擇線圈時(shí),請(qǐng)注意流向線圈的電流不要超過線圈的額定電流。在選擇線圈時(shí),需要根據(jù)輸出電流、DC/DC的頻率、線圈的電感值、線圈的額定電流和紋波電壓等條件綜合決定。

        電容:輸出電容的容量越大,紋波電壓就越小。但是較大的容量也意味著較大的電容體積,所以請(qǐng)選擇最適合的容量。

        三極管:作為外接的三極管,與雙極晶體管相比,因FET的開關(guān)速度比較快,所以開關(guān)損耗會(huì)較小,效率會(huì)更高一些。


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      本文導(dǎo)航

      • 第 1 頁:淺議低功耗、低噪聲電源電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和感想

      • 第 2 頁:DC-DC基本原理

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