低噪声电源革命国内领军企业揭秘降压转换器之谜
在本系列的第一部分,我们探讨了线性稳压器,追求最低输出噪声性能。在第二部分中,我们深入分析了集成后线性稳压器电荷泵解决方案。前面提到的这些示例中,电路效率并不高,但是否有办法同时实现低输出电压噪声和高效率呢?单一芯片解决方案是否足以提供两者?
低噪声降压型开关稳压器的输出噪声受到众多因素影响,如峰值电感电流、负载电流、开关稳压器拓扑、控制环路技术、输出容量尺寸及特性以及元件值布局。凌力尔特提供了许多产品,在整个负载范围内都能提供低于10mV的峰峰值噪声水平。
对于开关模式电源来说,尤其当转换器处于轻负载时,获得高效率是极其困难的。这是因为控制电路功耗与开关功率损耗占总功耗比在较重负载下更大。凌力尔特研发了一项专利自动突发模式技术,使得即使在轻负载情况下也能保持高效率,这种方法是在输出保持稳定状态时关闭非必要部分,而主动监控比较器保证在输出开始下降时能够快速重新打开控制环路。当负载增加时,转换器会自动从突发模式转换为PWM工作模式;反之,当负-load减少时则相反。进入或退出突发模式区域取决于输入/输出差异及感应值,但通常小于100mA。
采用LTC3103的应用示例具有自动突发操作选项,如图1a所示。此外,其效率与输出电流关系如图1b所示。在5V输入和2.2V, 100μA加载条件下,以突发模式运行时达到80.3%有效度,是非常令人印象深刻。
市场上很多产品都宣称拥有超低静态当前和高效率。一些竞品显示出的静态当前远低于LTC3103但在轻加载下的效率却不如我们产品。在此鼓励您将我们的数据与其他产品进行对比,您会发现:我们的数据包括零到1mA加载中的有效度数字,对比起来,他们展示出来的是同等加载条件下的我们优势25%至45%更好的有效度。
随着負載電流降至以下某個門限且轉換器轉換為PWM運作時,輸出電壓雜波極為低,只受限於感應電流波動及輸出容量大小。而當負載減少並轉換回突發運作時,由於控制環路間歇開啟與關閉以節省能耗,這些間歇點會導致較大的輸出雜波增幅,因此可能產生次諧波雜音增加。在圖2a與圖2b中顯示了相同負載條件下的PWM(圖2a)與突發運作(圖2b)的比較,可以看見兩者的異常明顯。
虽然像LTC3104这样的设备可以提供很好的有效度,但它们能够满足什么样的干扰要求呢?答案往往是肯定的,因为多年来凌力尔特不断改进它们的设计,为最近发布的一些新款电子组件带来了更佳性能。不过,如果需要进一步优化,那么客户还有几种选择可供考虑:
首先,因為MODE引脚允许直接切换工作模態,所以可以瞬间切换到连续模態以最大程度地减少杂波。这对于诸如变送站等应用特别有用,它们仅需传输数据或执行敏感测量才需要使用最清晰的模態。此連續模態將對杂波产生显著影响,但要付出牺牲效率作为代价。如果只是短时间内这样做,对整体系统而言只会造成微小影响,请记住,即使已启用并且负载足够充沛,该系統仍然会根据需求自行切换回无论何种情况皆为最佳效果、高频每周期启动一次 PWM 模式。
最后一种选择是在输出端添加独立滤wave或者铁氧体磁珠以减少杂波。但如何挑选正确过滤组件及其参数则依赖具体应用程序,并超出了本文讨论范围之外。总结来看,无论是为了提高轻装浮动机制还是确保任何安装状况均表现最佳效果,都有一系列供货商给予用户各种选项,从优质线性的标准供应商直至集成 LDO 的单芯片解决方案再到基于极简原理发展出的可调节寻找良好信号源用的单芯片解决方案,每一个步骤都是为了让用户得到他们想要的一切,同时尽可能符合预算限制并适合实际环境。