低噪声电源秘籍揭秘降压转换器与开关电源原理的奇妙融合

  • 科研动态
  • 2025年04月24日
  • 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? 开关稳压器中的输出噪声取决于多种因素,包括峰值电感电流、负载电流、开关稳压器拓扑、控制环路技术、输出容量大小和特性以及元件值和布局

低噪声电源秘籍揭秘降压转换器与开关电源原理的奇妙融合

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?

开关稳压器中的输出噪声取决于多种因素,包括峰值电感电流、负载电流、开关稳压器拓扑、控制环路技术、输出容量大小和特性以及元件值和布局。凌力尔特公司提供了一系列产品,在整个负载范围内都能提供低于10mV的峰值噪声水平。

对于开关模式转换器来说,其效率在轻负载时很难达到,因为控制环路功耗与开关损耗相比占用更大比例。在轻负载下,自动突发模式技术可以提高效率,使得即使在弱负荷状态下也能保持高效。这是一种特殊设计,让当输出处于稳定状态时关闭非必要部件,但保持比较主动监控,以便在检测到输出开始降低时快速重新打开控制环路。当负载增加时,从突发模式转换为PWM工作模式;反之亦然,当负载减少时从PWM操作转换回突发模式。

LTC3103型号是一个具有自动突发操作选项的应用示例,如图1a所示。其工作方式如同图1b所示,即使在极轻加载情况下也能维持80.3%以上的高效率。

市场上有许多竞品宣称拥有超低静态功耗和高效率,但他们通常无法匹敌LTC3103在轻加载条件下的性能。此外,他们在较小负载下的有效数字数据显示我们的图形表明我们的曲线通常比他们要好25%-45%。

当转换器运行至PWM操作时,其输出噪声非常低,只受到电感波纹影响而已。而随着系统进入突发模式并间歇地打开及关闭控制环路以节省功耗,这个过程可能导致更大的纹波且产生次谐波噪声。对比图2a(恒定频率)与2b(突发模式)的展示了此现象。

尽管如此,有些情况下答案是肯定的,不仅因为LTC3104等型号改进了这个问题,还因为它能够提供既符合要求又不牺牲太多性能的情况。如果需要进一步降低噪音,可以瞬间切换至连续工作模式来最大限度降低这方面的问题。不过这种做法会牺牲一定程度上的系统整体效率。不过只要适合短暂时间使用,那么对整体系统来说影响不会太大,并且请记住,即使设置为强制连续工作,它们仍将自动返回到最佳风格每周期一次PWM模式,以确保最佳结果。

最后,如果额外需求来自输入至输出之间差异越小,则可获得更多优势,比如5V输入可让你达到的峰峰值去掉至2mV(参考图4)。另一种选择则是在LDO后端加入一个集成10mA 3104MA 300mA 线性调整设备用于最终微调,而不是直接依赖某些简单滤波组件或铁氧磁珠进行过滤处理,这涉及到复杂细节超出了本文讨论范围内但有助于提升总体效果(参考图5)。

总结而言,无论是为了提高光照变送机这样的应用中的重量级或者其他任何情境,都有各种各样的选择来寻找那些既具有最高耐久力的、高精度、高灵敏性的设备,同时具备最好的速度响应能力,以及所有这些都被放置到了一个紧凑空间里——这就是为什么凌力尔特不断创新出新产品来满足这些需求,而并不必担心失去它们标志性的优点:即他们始终把客户利益放在首位,努力确保无论何种场景,都能找到适合每个人的解决方案,无需妥协自己的标准。

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