Az elektronikus eszközökben a stabil tápellátás kulcsfontosságú a rendszer megbízható működéséhez. A kapcsolóüzemű tápegységek (DC-DC) a fogyasztói elektronika, az ipari vezérlés, a kommunikációs berendezések és más területek fő áramellátási megoldásaivá váltak, köszönhetően a nagy hatékonyságnak, a kompakt méretnek és a széles bemeneti feszültségtartománynak. Ezek közül a perifériaelemek kiválasztása és a PCB-elrendezés közvetlenül meghatározza az egyenáramú-DC tápegységek kimeneti pontosságát, hullámzásvezérlését, hőteljesítményét és hosszú távú stabilitását.
A DC{0}}DC kapcsolótápegységek alapfogalmai
1.Mi az a DC{0}}DC kapcsolótáp?
A DC{0}}DC kapcsolóüzemű tápegység olyan erősáramú elektronikai eszköz, amely a bemeneti egyenfeszültséget „tranzisztorok kapcsolásán” keresztül alakítja át. Alapvető funkciója, hogy egy instabil bemeneti feszültséget (pl. 12 V) a terhelés által megkövetelt stabil kimeneti feszültséggé alakítson (pl. 5 V), miközben olyan funkciókat is biztosít, mint a feszültséglépés-fel/lépés-, az áramszabályozás és a zajelnyomás. A lineáris szabályozókhoz (LDO-khoz) képest a DC-DC kapcsolóüzemű tápegységek nagyobb hatékonyságot (általában 80%-95%) kínálnak, és alkalmasak nagyáramú (pl. 6A) és széles bemeneti feszültségű forgatókönyvekre.
2.A DC-DC működési elve
Példaként egy klasszikus DC-DC átalakítót veszünk, a bal oldalon olyan bemeneti érintkezők találhatók, mint az engedélyezés (EN), a lágyindítás/követés (SS/TR), az alapértelmezett beállítások (DEF) és a kapcsolási frekvencia (FSW). Ezek a jelek áthaladnak a vezérlő logikai modulon, amely integrálja a védelmi és vezérlőegységeket, például a lágyindítást, a hőleállítást, a feszültségcsökkenést (UVLO) és a Power Good (PG) vezérlést a teljesítményvezérlő modul meghajtására. A teljesítményvezérlő modul kapumeghajtót és magas-oldali/alacsony-oldali áramkorlát-komparátorokat (HS lim, LS lim) használ a felső és alsó teljesítménytranzisztorok vezérléséhez, lehetővé téve az energiaátalakítást. Az alján található DCS-Control™ rész visszacsatolás szabályozást hajt végre hibaerősítőn, lejtőkompenzáción, komparátoron és időzítőn keresztül. A jobb oldalon olyan interfészek találhatók, mint a tápbemenet (PVIN, AVIN), a föld (AGND, PGND) és a kapcsolókimenet (SW), amelyek együttesen hatékony DC-DC átalakítást és precíz vezérlést biztosítanak.
3.A DC-DC magja az „Átkapcsolási - Energiatárolási - Szűrés" ciklusban rejlik:
Kapcsolási fokozat:
A belső MOSFET kapcsolók (magas-oldali HS-FET és alacsony-oldali LS-FET) felváltva kapcsolnak be és ki, és a bemeneti egyenfeszültséget nagy-frekvenciás impulzusfeszültséggé "aprítják".
Energiatárolási fokozat:
Az induktor energiát tárol, amikor a kapcsoló be van kapcsolva, és a kondenzátor simítja az impulzusfeszültséget.
Kimeneti fokozat:
A visszacsatoló áramkör valós időben figyeli a kimeneti feszültséget, és beállítja a be-/kikapcsolási időt (munkaciklus), hogy stabil kimeneti feszültséget biztosítson.
4.Kulcsfontosságú teljesítménymutatók
Bemeneti/kimeneti feszültség tartomány:A bemeneti feszültségnek meg kell egyeznie a chip tűrési tartományával, míg a kimeneti feszültségnek meg kell felelnie a terhelési követelményeknek (pl. egy bizonyos DC-DC 5,5V-18V bemenetet és 0,611V-15V kimenetet támogat).
Kimeneti áram:A maximális kimeneti áramnak le kell fednie a terhelés csúcsáramát (pl. 6A-es terheléshez 6A-nél nagyobb vagy egyenlő kimeneti kapacitású chip szükséges).
Kapcsolási frekvencia:A magasabb frekvenciák kisebb tekercs- és kondenzátorméreteket tesznek lehetővé, de növelik a kapcsolási veszteségeket (a gyakori frekvenciák 200 kHz és 1 MHz között vannak, ami egyensúlyt kíván a hatékonyság és az alkatrészméret között).
Feszültség hullámzása:A kimeneti feszültség ingadozási értéke (az ipari alkalmazások általában legfeljebb 20 mV-ot igényelnek; a túlzott hullámosság zavarhatja az érzékeny áramköröket).
Hatékonyság:A kimenő teljesítmény és a bemeneti teljesítmény aránya. A nagyobb hatékonyság csökkenti a hőterhelést.
