直流电源下的降压转换器低噪声电源多样化探秘
在本系列的第一部分,我们探讨了线性稳压器,特别是如何通过它们实现最低的输出噪声。在第二部分,我们专注于集成后线性稳压器的电荷泵解决方案。这些前面的例子中,电路效率并不是优先考虑的因素。但是,如果我们同时需要高效率和低输出电压噪声呢?单一芯片解决方案是否足以提供两者的结合?
要了解这一点,我们首先需要认识到低噪声降压型开关稳压器输出噪声受到多种因素影响,如峰值感应电流、负载电流大小、开关拓扑设计、控制环路技术、输出容量大小以及元件选择和布局。凌力尔特为其产品开发了一系列设备,可以在整个负载范围内提供少于10毫伏的峰峰值噪声水平。
然而,对于开关模式转换器来说,即使是在轻负载条件下,也难以获得高效率,因为控制系统和开关功耗占据了较大的功率预算。凌力尔特取得了自动突发模式技术,这项技术允许即便在轻负载时也能保持高效率。这通过关闭非必要的电子元件但保持比较器主动监控,以便当检测到任何可能导致输出下降的情况时快速打开控制循环。此过程会随着负载增加而自动从突发模式切换至PWM工作方式,并相反,在负载减小时再次切换回突发模式。
使用LTC3103作为示例,它具有自动突发操作选项,如图1a所示。在5伏输入下,2.2伏100微安加载情况下的LTC3103表现出令人印象深刻的80.3%效率(如图1b所示)。
市场上其他许多产品也宣称拥有超低静态电流和高效率,但在同等轻度加载条件下的性能通常比LTC3104差得多。我们鼓励您将这些竞争品与我们的数据进行对比,您将发现尽管他们列出了更低的事务状态当前流量,他们实际上在相同加载条件下的潜力却不及我们的结果。
此外,当转换机处于PWM操作并且最大限度地减少了信号波动时,输出噪声非常之低,只依赖感应通道中的波动幅度以及容量尺寸。而当转换机进入突发模式并开始间断性地打开和关闭控制系统以节省能源时,就会出现更多次谐波干扰。
为了进一步说明这个概念,让我们来看两个示例:一个来自恒定频率开关(如图2a),另一个来自变频式设置(如图2b)。这里可以看到,在相同带宽下,从一次有效波形过渡到了杂乱无章化结构,其直方图显示了不同环境中可能发生的情景。
对于那些追求最佳性能者来说,有几种方法可以提高这种效果。一种方法是在MODE引脚上设置强制连续操作,使其尽快切入到常规工作状态,以确保极端情况下的最佳性能。这对于传输数据或进行敏感测量尤为重要。不过,这样的做法有代价,那就是牺牲掉一些额外功能。
最后,还有一些用户倾向于直接连接分立滤波组件或者铁氧体磁珠来消除剩余干扰。虽然这是一种可行的手段,但细节处理需要根据具体应用程序来调整,因此并不适合每个场合。此外,由於所有这些选择都试图达到最优化目标,而不必让它成为主要考量因素,因此总结起来,无论何种应用需求,都有凌力尔特广泛丰富的一系列产品能够满足各类挑战性的任务,从简单线性稳定手段直至复杂集成后的单芯片解决方案,以及各种基于微型、高效能设备构建出的全新的变革科技解决方案,每一种都是旨在协助客户达成既定的目标——无论是要求极致精细或仅需基本保障性能标准的情况,都能找到恰好适用的灵活配置策略之一。