电源有哪三大类揭秘低噪声降压转换器的秘密
在本系列的第一部分,我们探讨了线性稳压器,旨在实现最低的输出噪声性能。在第二部分,我们深入分析了集成后线性稳压器电荷泵解决方案。这些前面的示例中,电路效率并不高,但是否有办法同时获得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?
低噪声降压转换器,其输出噪声取决于多种因素,如峰值电感电流、负载电流、开关稳压器拓扑、控制环路技术、输出容量大小及特性以及元件值和布局。凌力尔特公司提供了一系列产品,它们在整个负载范围内都能保持极低的10mV峰值噪声水平。
对于开关模式电源来说,尤其是在轻负载时,要达到的高效率是一个挑战,因为控制系统功耗与开关损耗占总功率预算比例大得多。凌力尔特通过专利自动突发模式技术使得即便是轻负载条件下也能达到较高效率。这项技术通过关闭非必要的环节并保持主动比较器监控状态,以确保当输出开始下降时能够迅速恢复至正常工作状态。当负载增加时,转换器会从突发模式自动切换到PWM工作模式,而当负载减少时则反之。此过程通常需要小于100mA的时间来完成。
采用LTC3103这个应用示例具有自动突发模式操作选项,如图1a所示。该设备在5V输入和2.2V/100μA加载下的效率可以达到80.3%,显示出其惊人的表现能力。
市场上许多竞品都宣称拥有超低静态当前以及卓越的高效。但是,这些竞品虽然列出了比LTC3103更为微小的1.8μA静态当前但却无法匹敌它在轻负载情况下的高效度。在此,我们鼓励您将这些竞品与LTC3103进行对比,您会发现它们在同等加载下的有效度普遍落后25%至45%。
当转换器从突发模式进入PWM操作时,其输出噪波非常小,只受限于电感中的变动及其尺寸大小。而随着负荷减少并进入突发操作,即使精确调节平均输出,但由于控制环间断打开与关闭之间产生的小幅度延迟导致纹波增添,从而引起次谐波型随机振荡增加。以下图表展示了相同重量级别下PMW(图2a)和突发(图2b)纹波相对比:
如同LTC3103这样的设备,在提供优异有效性的同时,又能否满足要求上的最佳性能呢?答案往往正面肯定。在过去几年里,凌力尔特不断改进其突发功能,为最新发布产品带来了更佳低通讯音频信号质量。以下展示了使用LTC3104这样的模块化组件配置后的结果,其中峰值声音范围约为10mV至12mV:
为了进一步提升效果,有两个选择:首先,可以瞬间切换至连续强制式运行以最大程度地降低声音问题;这种方式适用于仅需数据传输或执行敏感测量任务的情况。不过,这样的做法牺牲掉了一定的有效度。如果只需要短暂期间,那么整体系统有效度影响不大。此外,即使存在持续且充分大的工况,也仍然会自行将激活设置回最佳每周期开启类型 PWM 模式。这张图片说明了300v输入,将12.3v @ 300ma 输出,同时仅有的5mv最高的声音水平可见,并且Y轴刻度为10mv/div, X轴刻度为500ns/div。当调整输入到5v,则声音水平可进一步缩减到仅有2mv峰-peak 值。
除了以上方法,还有一种选择就是使用集成型 150mV 的典型差压放大机构— LTC3104 ——它包括一个额外配备15mA 的 LDO 线性稳定子——这意味着你可以无需添加任何额外部滤波组件就能得到极佳的声音质量。此处展示的是带有一个 1500 mAh 输入、12 v 降频输出,以及一个独立设定 4.7 v 后置 LDO 设备,该设备负责将原始 4 v 输出精细调整到只有 10 mA 的需求——这样既保证了接近零的声音再现,同时还维持原有的很好的效果指标。这张图片显示了Y轴刻度为10 mv/div, X轴刻数为500 ns/div,是由三个不同的条形表示不同阶段:左边是初期状态;中间代表实际运行状态;右边则是经过最后处理后的最终结果皆各位于±1 mv 范围内。
最后,如果想要进一步提高声音清晰,无论如何要加入一个独立过滤装置或铁氧磁珠。但具体如何选择合适过滤元素及参数,这完全取决于具体应用场景,对此我们无法详尽讨论完毕。
综上所述,无论是在追求“足够”干净的声音还是始终保持最佳标准,都有各种可能性供客户选用。一旦考虑到了给予应对轻装条件下的良好行为,或许就不会忽视那些因为远离主要工作点而被迫孤独待命的心灵寻找安慰的一角。而对于所有这些需求,每一位专业人士都会知道,当寻找正确工具或解答的时候,最重要的是找到那份能够满足自己灵魂深处渴望探索未知世界之旅的地方,一步一步踏向光明未来,不留遗憾,不留犹豫,让一切成为过去记忆,用心去享受生活,用智慧去创造新世界!