探索电源工程师的前景低噪声降压转换器的多样化世界
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,电路效率并不被视为优先级。但是,如果我们同时需要低输出电压噪声和高效率呢?单一芯片是否能够提供这两者的结合?低噪声降压型开关稳压器不仅需要考虑峰值电感电流、负载电流以及开关拓扑,还要考虑控制环路技术、输出容量大小和特性以及元件值和布局。凌力尔特以其多种产品而闻名,它们在整个负载范围内都能提供极低的10mV峰值输出噪声水平。
对于开关模式功率转换,在轻负载时获得高效率通常很困难,因为控制逻辑和开关损耗占比较大。而凌力尔特获得专利的一项突发模式技术允许即使在轻负载下也能保持高效率。这项技术是在输出处于稳定状态时关闭非必要环节,但保持主动比较器监控,以便当输出开始下降时迅速重新打开控制逻辑。随着负载增加,转换器将自动从突发模式切换到PWM工作模式;反之亦然,当负载减少时,将从PWM操作切换回突发模式操作。进入或退出突发区域取决于输入、输出及感应价值,但通常小于100mA。
使用LTC3103这样的应用示例具有自动触发选项,如图1a所示。此外,其与加载之间关系如图1b所示。在5V输入2.2V, 100μA 负载下的应用中,即使采用了突发模式,也表现出了令人印象深刻的80.3%效率。
市场上许多设备宣称其超低静态功耗及高效率。一些竞争者列出的静态功耗甚至更低,但在轻负放条件下的性能远不如LTC3103。我们鼓励您将这些数据与其他设备进行对比,您会注意到我们的图表包括了以下几点:他们只显示到了1mA以下加载的情况,对照此情况,他们真正有效期通常超过25%-45%相似加载下,而我们的效果则略有提高。
当且仅当转换至PWM工作并且过滤出足够干净的信号后,输出噪声非常之小,只受限于感应波纹及容量尺寸。此时虽然间歇性的通断可能导致一些误差但却节省了能源。当它回到频繁而规律地打开关闭以维持准确调节平均 输出时,这种行为就造成了一定的延迟,从而产生额外响应,使得次谐波增强出现更多噪音,比如说同样的加载下的PWM(图2a)与触发方式(图2b)的对比展示给出明显不同。
尽管存在挑战,大多数情况下答案仍然是肯定的——某些产品设计可以提供既可靠又清晰的声音质量。如果选择不是满意的话,有几个选择可供采纳:首先,可以直接改变工作方式以最大限度地减少声音,然后再返回常规工作方式来恢复最佳性能;其次,有一个专门用于处理敏感传输任务或测量要求较严格场合,并希望消除一切影响精确数据传递能力的事务,这个手段涉及简单调整系统设置以强制连续运行,那么这种方法虽然牺牲了一点点用途效果,却让所有剩余时间都尽可能接近最好的状况。但记住,无论何种做法,都不会阻止系统自适应环境变化并利用最佳方法去执行最终目标,即完全无任何干扰功能,同时仍旧保证最佳整体结果——这是关键步骤之一。
最后一种选项涉及添加一个独立分离滤波组件或者铁氧磁珠来进一步减少声音,但是具体如何选择正确过滤组件及其值,则需根据实际需求进行详细分析,这超出了当前讨论范围。
总结来说,不同类型的问题寻求解决方案,尤其是在面临各种需求和挑战的情况下,在寻找那些既能提供最高标准的性能又能够适应当各种特殊需求的人们中,有很多不同的可能性可供尝试。从最初使用线性稳定化预防最大潜在问题,再至单芯片解析处理混合式业务需求,以及基于带有或没有LDO保护层级作为核心元素的一个开关模块,一直到简单加入物理隔离屏障避免任何来自周围环境中的干扰,每一步都是为了达到完美平衡,为广泛用户群体创造灵活性,不仅提升功能,更重要的是简化整个过程,让人们更加容易找到自己想要达到的目的,而且还是一次成功探索新领域的大好机会!