降压转换器低噪声电源的精妙之选 开关电源电路详解图解秘密
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诸多因素,如峰值电感电流、负载电流、开关拓扑、控制环路技术、输出容量尺寸和特性以及元件值和布局。凌力尔特提供了许多产品,它们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,其效率尤其重要。当转换器处于轻负载状态时,很难获得高效率,因为控制功耗和开关损耗占总功耗比在较重负载下要大得多。凌力尔特拥有自动突发模式技术,这种技术允许即使在轻负载条件下也能实现高效率。这一技术是在输出保持稳定时关闭非必要的回路,但保持主动比较监控,以便当输出开始下降时能够迅速打开控制回路。此后,当负载增加时,转换器会自动从突发模式切换到PWM工作模式之间进行切换。而当负载减少时,则反之亦然。
LTC3103是一款具有自动突发模式操作选项的应用示例,如图1a所示。该设备不仅在5V输入与2.2V、100μA加载下的突发模式中展现了80.3%的惊人高效率(如图1b所示),而且还支持超低静态电流,即使是在轻微加载条件下也是如此。
市场上有许多竞品宣称具备超级低静态電流和极佳性能。不过一些竞争对手列出的静态電流只有LTC3103的一半,而他们却无法达到相同轻負載條件下的同等或更好的効率。这表明我们的数据图形包含了包括小於1mA負載電流情况下的效率数字,并且相比之下,他们通常显示我们的輕負載突發模態efficiency 在相同負載電流量通時为25%至45%更好。
随着负荷增加并转变为PWM操作,对象移除此期间产生间歇性的纹波,因此得到改善。如果转变为强制连续模态,则可以进一步降低纹波,但这将牺牲一定程度上的效率。如果只是短暂地启用强制连续模态,那么整体系统只会受到微小影响。此外,即使进入12.3V @ 300mA输入的情况,只需调整输入至5V,就可进一步减少纹波幅度至2mV峰值。
为了应对这些挑战,有几种选择可供客户使用:首先,可以瞬间切换至强制连续模态以最大限度降低噪音;其次,可以使用带有独立输入源引脚及150mV典型差分压力的集成式LDO来增进原有的设备功能;最后,还可以通过加入一个离散滤波组件或铁氧体磁珠来进一步消除剩余干扰信号。
总结起来,无论是追求最佳轻装浮动能力还是寻求最高质量与最优化设计配置,都有一系列复杂但精确、高性能、高灵活性的解决方案可供选择,从一线级别线性稳压器到单芯片完整解决方案,再到基于精准感知装置构建的大型平台架构,每一步都是为了创造一个完美无瑕、一致无缺陷、高性能又易于实施的大规模生产环境而努力。