En els dispositius electrònics, una font d'alimentació estable és crucial per garantir un funcionament fiable del sistema. Les fonts d'alimentació de commutació (DC-DC) s'han convertit en la solució d'alimentació principal en electrònica de consum, control industrial, equips de comunicació i altres camps a causa dels seus avantatges d'alta eficiència, mida compacta i ampli rang de voltatge d'entrada. Entre aquests, la selecció de components perifèrics i la disposició de la PCB determinen directament la precisió de sortida, el control de ondulació, el rendiment tèrmic i l'estabilitat a llarg termini-de les fonts d'alimentació de CC-CC.
Conceptes bàsics de fonts d'alimentació de commutació de CC-CC
1.Què és una font d'alimentació de commutació de CC-CC?
Una font d'alimentació de commutació de CC-CC és un dispositiu electrònic de potència que converteix una tensió de CC d'entrada mitjançant la "commutació de transistors". La seva funció bàsica és transformar una tensió d'entrada inestable (p. ex., 12 V) en una tensió de sortida estable requerida per la càrrega (p. ex., 5 V), alhora que ofereix capacitats com ara l'augment/la baixada de tensió, la regulació de corrent i la supressió del soroll. En comparació amb els reguladors lineals (LDO), les fonts d'alimentació de commutació de CC-CC ofereixen una eficiència més alta (normalment un 80%-95%) i són adequades per a escenaris d'alta intensitat (p. ex., 6 A) i de tensió d'entrada àmplia.
2.Principi de funcionament de DC-DC
Prenent com a exemple un convertidor DC-DC clàssic, el costat esquerre inclou pins d'entrada com Habilita (EN), Inici/seguiment suau (SS/TR), Configuració predeterminada (DEF) i Freqüència de commutació (FSW). Aquests senyals passen pel mòdul lògic de control, que integra unitats de protecció i control com ara l'arrencada suau, l'apagada tèrmica, el bloqueig de baixa tensió (UVLO) i el control Power Good (PG), per impulsar el mòdul de control de potència. El mòdul de control de potència utilitza un controlador de porta i comparadors de límit de corrent-lateral/baix-(HS lim, LS lim) per controlar els transistors de potència superior i inferior, permetent la conversió d'energia. La secció DCS-Control™ de la part inferior realitza la regulació de la retroalimentació mitjançant un amplificador d'errors, una compensació de pendent, un comparador i un temporitzador. El costat dret inclou interfícies com ara l'entrada d'alimentació (PVIN, AVIN), terra (AGND, PGND) i sortida de commutació (SW), aconseguint conjuntament una conversió DC-DC eficient i un control precís.
3.El nucli de DC-DC es troba en el cicle de "canvi - d'emmagatzematge d'energia - de filtratge":
Etapa de canvi:
Els interruptors MOSFET interns (-lateral HS-FET i-lateral LS-FET baix) s'encenen i s'apaguen alternativament, "tallant" la tensió de CC d'entrada en una tensió de pols d'alta-freqüència.
Etapa d'emmagatzematge d'energia:
L'inductor emmagatzema energia quan l'interruptor està encès i el condensador suavitza la tensió del pols.
Etapa de sortida:
El circuit de retroalimentació controla la tensió de sortida en temps real i ajusta el temps d'encesa i apagat (cicle de treball) per oferir una tensió de sortida estable.
4.Indicadors clau de rendiment
Interval de voltatge d'entrada/sortida:La tensió d'entrada ha de coincidir amb el rang de tolerància del xip, mentre que la tensió de sortida ha de complir els requisits de càrrega (p. ex., un determinat DC-DC admet una entrada de 5,5 V-18 V i una sortida de 0,611 V-15 V).
Corrent de sortida:El corrent de sortida màxim ha de cobrir el corrent màxim de la càrrega (per exemple, una càrrega de 6 A requereix un xip amb una capacitat de sortida superior o igual a 6 A).
Freqüència de commutació:Les freqüències més altes permeten mides més petites d'inductor i condensador, però augmenten les pèrdues de commutació (les freqüències comunes oscil·len entre 200 kHz i 1 MHz, que requereixen un equilibri entre l'eficiència i la mida del component).
Onda de tensió:El valor de fluctuació de la tensió de sortida (les aplicacions industrials solen requerir menys de o igual a 20 mV; una ondulació excessiva pot interferir amb circuits sensibles).
Eficiència:Relació entre la potència de sortida i la potència d'entrada. Una major eficiència redueix l'estrès tèrmic.
