探秘开关电源揭秘降压转换器的低噪声之谜
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?
要了解开关电源基本原理入门,并深入探索降压转换器如何实现低噪声性能,我们需要理解多种因素对输出噪声水平产生影响,这些因素包括峰值电感电流、负载电流、开关拓扑、控制环路技术、输出容量尺寸及特性以及元件值和布局。
凌力尔特科技提供了一系列产品,其中许多能够在整个负载范围内保持极低的10mV峰-峰输出噪声水平。此外,他们开发了一项名为“自动突发模式”的专利技术,使得即便在轻负载条件下也能保持较高效率。这种技术涉及监控输出状态,以便在检测到任何下降时迅速重新打开控制环路,同时确保只有必要时才关闭非关键环节。当负载增加时,系统会自动从突发模式转换到PWM工作模式;反之亦然,当负载减少时,将自动返回至突发模式。
采用LTC3103作为示例,其具有自动突发操作选项,如图1a所示。这款芯片不仅能提供高效率,即使是在轻微负荷的情况下也能达到80.3%的有效度,比如5V输入2.2V100μA小型化应用中。而且,由于其超低静态当前(1.8μA)和高效率,它们对于竞争品而言,在同等条件下的表现显著领先。
当使用这些设备进行比较,您将注意到我们的数据图表涵盖了更宽广范围,即包括0mA以下的小规模加载情况,对比其他产品通常只显示大约1mA或更大的加载情况。在相同条件下的测试结果显示他们比竞品有25%-45%更多额外功耗提升。
尽管如此,随着負載電流減少並轉換為突發模式時,由於控制環節間歇性的開啟與關閉以節省功耗,這種情況會導致較高次諧波雜訊。這可以通過圖2a(恒定频率开关)与图2b(突发模式)的比较来观察,其中显示了相同負載電流下的两个不同的輸出纹波形状。
为了进一步提高性能,有几种选择可供用户:首先,可以通过MODE引脚瞬间切换至连续工作模式,以最大程度地减少杂訊,这对于某些应用尤其有用,如变送器或敏感测量仪表。然而,这样的改进可能会牺牲一些系统整体效率。不过,即使短暂启用连续工作,不断变化的环境对整体能源利用不会造成太大的影响。此外,无论何种情况,只要負載電流充足,都會自動轉換回產生最佳杂訊和最优化效率的一致频率每周期開啓 PWM 模式。
最后,如果仍需更精细调整,可以考虑加入独立滤波组件或铁氧体磁珠以进一步降低杂訊。但是,这个过程中的具体细节则取决于实际应用需求,因此超出了本文讨论范围内的问题领域。
总结来说,为寻求既具有高效又具备极佳过滤能力且适合各种场景的大型设备,有很多选择可以满足不同需求,从专业级别最高规格线性稳定器开始,一直到集成后的单芯片解决方案,以及带或者不带后置稳定的开关设计都适合不同的项目要求。如果您正在寻找一个能够同时提供强大功能、高灵活性、高质量以及经济实惠的大型设备,那么凌力尔特科技无疑是一个值得信赖并推荐给您的品牌供应商之一。