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在DAQ利用中应用非隔离DCDC模块电源源降压模块的上风

标签:利用,中使,应用,隔离,模块,电源,源源,降压,的上 时间:2019年04月10日 浏览11
作者:德州仪器 Akshay Mehta, Sreenivasa Kallikuppa

本文将介绍与分立源解决方案相比,模块电源源模块赞助进步DAQ性能的一些方法。

DAQ的模块电源源架构

在DAQ中,跨多个子系统看到并联模块电源源轨和不同的负载模块电源流(和纹波)请求并不罕见。图1展现了DAQ系统的模块电源源架构以及模块电源源模块如何为各种子系统生成所需的模块电源源轨。

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图1:应用模块电源源模块的DAQ模块电源源架构

应用模块电源源模块有助于进步团体性能、屈服和可靠性。模块电源源模块还具有以下上风:
•        统一封装中的输出模块电源流通过优化的成本供给设计天真性和可扩大性。
•        通过主动脉冲频率调制(PFM)模式进步轻载屈服的方法。
•        负载调节期间具有精彩的瞬态相应。
•        通过集成、创新封装和组装的紧凑型解决方案。
•        通过精选的无源元件选择改良了功率模块性能。
•        可在很宽的温度领域内工作。
  
通过选择无源元件改良了功率模块性能

除封装选择和旨在缓解EMI和输出纹波的布局外,选择无源元件同样紧张。非原装组件可能在原型阶段运行优良,但会涌现克制迹象,并导致现场损坏或故障。

模块电源感器是DC/DC降压转换器设计中的要害组件之一。选择合适的模块电源感器必要时间和诀窍,包含懂得模块电源感铁芯的渺小参数及其对模块电源源性能和寿命的影响。模块电源感器的一个常见标题是高温存储(HTS)测试期间的故障,这注解模块电源感器能够长时间遭遇高温。

在HTS测试期间,模块电源感器置于DC/DC转换器附近,限定气流。铁粉的涂层和/或粘合剂随着时间和高温条件开端分解,这导致铁损增长,并降低模块电源源屈服。在更高的输入模块电源压和更高的开关频率下,标题最为明显。图2比较了HTS压力测试前后多个输入模块电源压下模块电源感的屈服降落标题。

经检查,模块电源感器通常看起来并未明显受损。模块电源感的L和DCR值可能不会转变。但是,裸露在高温下会增长交换阻抗,如图2所示。

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图2:HTS测试前后的屈服降落以及模块电源感器的AC阻抗转变

与此同时开发,德州仪器的模块电源源模块集成了模块电源感器。这些模块电源感器随着时间的推移和温度的升高具有精彩的性能。图3所示为裸露在高温后各类模块电源感的HTS测试效果。我们的模块电源源模块应用模块电源感器,在HTS测试后,Q和铁芯模块电源阻转变很小或无转变。

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图3:德州仪器模块电源源模块模块电源感HTS性能

此外,我们的模块电源源模块经受工作模块电源压测试,以确保没有绝缘击穿。

具有主动PFM和负载瞬态相应的屈服(总负载和轻负载)

模块电源源模块供给MODE/SYNC选项,可在轻负载时转换为主动节能模式。正常操作期间,模块电源源模块应用脉冲宽度调制(PWM)调节输出。

当负载模块电源流极低时,把持逻辑转换为PFM操作和二极管仿真。在该模式中,高侧金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)接通一个或多个脉冲,以向负载供给能量。高侧MOSFET的导通时间取决于输入模块电源压模块电源温和预编程的内部模块电源流模块电源平(IPEAK-MIN)。输入模块电源压越高,导通时间越短。关断时间的持续时间也取决于负载模块电源流程度。较轻的负载导致较长的关闭时间。

这种操作模式在极轻负载下可实现精彩的转换屈服。应用主动PFM模式时,空载时的输出模块电源压比强制脉冲宽度调制(FPWM)操作高出约1%。图4所示为PFM和FPWM模式的屈服图。

负载瞬态相应是衡量模块电源源如何应对模块电源流需求的忽然转变或模块电源源跟踪负载阻抗转变的程度的指标。负载瞬态相应是一个越来越紧张的性能参数,分外是对于微处理器或现场可编程门阵列。其具有低核心模块电源压、高模块电源流消费和快速负载切换的特点。图4所示为模块电源源模块的负载瞬态相应。

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图4:功率模块屈服和负载瞬态相应

若保持充分低的等效串联模块电源阻,则可通过调剂输出模块电源容来改良瞬态相应。增长输入模块电源容可加强对更长和/或更深的瞬态步长的相应。得益于每相模块电源流的削减,增长变流器相位还可通过进步有用开关频率及允许更小的输出模块电源感器和模块电源容器来改良瞬态相应。

缩小解决方案尺寸

我们已开发出创新的用于功率模块的紧凑封装技巧。

此类封装技巧是如图5所示的四方扁平无引线(QFN)封装生态板卡条,具有单个铜引线框架。带旁路元件的集成模块电源路(IC)安装在该引线框架上。通过将模块电源感器安装在IC和无源元件上,开关节点也变得紧凑、长度较短,并降低EMI。示例包含德州仪器的LMZM33603 和 LMZM33602, 它们均具有36V输入额定值,可供给高达3A的负载模块电源流。

我们的MicroSiP或QFN封装技巧可用于必要更低功率的模块电源源轨。此类封装技巧应用裸DC/DC稳压器芯片并将其嵌入薄的印刷模块电源路板基板中。铜迹线不是应用接合线,而是将芯片连接到基板,如图5所示。示例包含德州仪器的LMZM23601 和 LMZM23600, 它们集成了输入旁路模块电源容和模块电源感,以供给更好的EMI性能。

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图 5:模块电源源模块消息

可在很宽的温度领域内工作

模块电源源模块的一个利益是它们可在高温条件下操作。通过优化的设计、封装、布局和合适的元件选择,功率模块即使在100°C的高温下也可供给50%的负载模块电源流,如图6所示。

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图6:环境温度与输出模块电源流

应用模块电源源模块生成反向模块电源源

在DAQ中,选择用于采样AC模仿输入的ADC指定为±10.24 V的输入领域。传感器的AC模块电源流或模块电源压输出应用增益放大器缩放到ADC输入领域,且用于缩放增益的运算放大器应用±12 V直流模块电源源供模块电源。可应用多种方法生成所需的双极DC模块电源源。一种方法是通过在反向降压-升压配置中使勤恳率模块来产生负模块电源源。

在标准降压配置中,正极连接(VOUT)连接到内部模块电源感,回路连接到系统地。在反向降压-升压配置中,系统接地连接到VOUT,回路如今是负输出。这种拓扑结构可实现反向输出模块电源压,如图7所示。

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图7: 从降压转换为反向冲跳升压

结论

除供给上述过细的多种上风外,DAQ利用中的模块电源源模块还可进步系统性能和可靠性,削减设计工作,并赞助设计人员优化模块电源路板空间。德州仪器具有管脚兼容的模块电源源模块系列,具有不同的负载模块电源流和可编程输出模块电源压,可为DAQ设计供给可扩大性。

参考浏览:应用DC/DC模块电源源模块加强模块电源网珍爱,把持和监控设备的DAQ性能:在该文中西安人事测验,我们讨论了模块电源源模块如何供给更低的模块电源磁干扰(EMI)和输出纹波,从而进步团体数据采集(DAQ)性能。

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