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作為車載用二次電源而開發(fā)的同步整流降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器:與LDO同等的元器件數(shù)與安裝面積,效率和供給功率

yqdedli ? 來源:yqdedli ? 作者:yqdedli ? 2023-02-16 09:55 ? 次閱讀

– 繼車載與二次電源及其概述之后,請介紹一下BD9S系列的特點(diǎn)。

簡單地說就是:高效、小巧、外置元器件少、設(shè)計(jì)簡單。當(dāng)然也支持車載應(yīng)用。僅此表述的話,僅僅是司空見慣的老生常談,因此請?jiān)试S我進(jìn)一步說明。

首先來談一談外置元器件減少到驚人的程度這一點(diǎn)。通過在IC中內(nèi)置電壓設(shè)置電阻、功率晶體管及相位補(bǔ)償電路,使外置元器件僅需3個即可。所需要的僅為輸入電容器、電感、輸出電容器。而且,因2.25MHz的高速開關(guān),使輸入輸出電容器可使用10μF~47μF的小容值小型電容器。
電感也僅1.5μH,非常小巧。談及“小巧”的特點(diǎn),IC的封裝也非常小,采用了與以往產(chǎn)品相比體積減小約80%的HTSOP-J8封裝。

尺寸為6.0mm×4.9mm,最大高度1.0mm。加上外置元器件后的安裝面積約為225mm2。例如,15mm×15mm的面積足矣。

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– 確實(shí)很小巧,如果有什么對比案例,可能會更容易理解。

與以往同等的DC/DC轉(zhuǎn)換器相比,外置元器件從需要15個到僅需3個,從元器件數(shù)量如此顯著減少這點(diǎn)看就可以很容易理解。安裝面積從需要400mm2左右減少至僅需約一半左右。
比起這些,下面這些對比結(jié)果更具驚人之處。實(shí)際上,LDO即低損耗的線性穩(wěn)壓器仍然作為二次電源被廣為使用。

普通的LDO,其外置元器件有2個,即輸入輸出電容器,標(biāo)準(zhǔn)的安裝面積為225mm2左右。我想您已經(jīng)注意到了,BD9S系列的安裝面積幾乎與LDO相同。替換LDO時,僅增加一個電感即可,安裝面積不變。
另一重要之處是,該尺寸LDO的輸出電流充其量僅為1A,這是因?yàn)榇嬖诎l(fā)熱問題。而BD9S系列的效率更高,因此相同尺寸的可供應(yīng)達(dá)3A的輸出電流。

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– 那么預(yù)期效率有多少呢?

首先,BD9S系列采用同步整流方式的DC/DC轉(zhuǎn)換。我想現(xiàn)在已經(jīng)無需再說明了,這是在一般情況下可選擇的DC/DC轉(zhuǎn)換方式中效率最高的方式。

下面使用圖表來說明BD9S系列的實(shí)際效率。這是1.5V/3A輸出的BD90535EFJ-C相對負(fù)載電流的效率,條件分Light Load MODE(輕負(fù)載模式)和PWM MODE(PWM恒定模式)、輸入電壓3.3V和5V不同的條件。

從圖中可以直觀地看出,該條件下的最大效率在Light Load MODE時為93%左右,PWM MODE時為88%左右,其負(fù)載電流均為450mA左右。如果以LDO的效率為例,則在1.5V輸出時,5V輸入時的效率為30%、3.3V輸入時的效率為45%。

– Light Load MODE與PWM MODE在輕負(fù)載時的效率差異相當(dāng)大是嗎?

控制方法不同,目的也不同。Light Load MODE在負(fù)載電流大幅變動,例如滿負(fù)載與待機(jī)狀態(tài)時,在整個范圍內(nèi)提供最高效率。但是,也因此,在輕負(fù)載時進(jìn)行間歇開關(guān)工作。

– 能否具體介紹一下?

負(fù)載變大時,以固定頻率的PWM工作;負(fù)載減輕時,切換為間歇工作。
不需要太大的負(fù)載電流時,時歇時作,進(jìn)行僅供應(yīng)所需功率的工作。這在低負(fù)載時也能保持高效率,特別是在待機(jī)時間長的應(yīng)用中效果明顯。
然而,低負(fù)載時,開關(guān)頻率隨機(jī),產(chǎn)生的開關(guān)噪聲的頻率也不固定,在對噪聲敏感的應(yīng)用中,是給S/N帶來不利影響的重要原因之一。

– 是不是PWM固定工作的存在就是與此有關(guān)?

的確如此。選擇PWM固定工作時,即使負(fù)載減輕時,也不進(jìn)行間歇工作,即不休息而以相同的間隔持續(xù)工作。因此,輕負(fù)載時可以休息卻繼續(xù)工作,因此效率會變差,但產(chǎn)生的開關(guān)噪聲頻率相同,噪聲處理比較容易。
換句話說,當(dāng)應(yīng)用要求高效率時就采用Light Load MODE,降噪更重要時,哪怕多少要犧牲些效率也采用PWM MODE。

– 這樣,我們知道了BD9S系列具有安裝面積與LDO幾乎相同,元器件數(shù)量也僅增加一個電感,而且效率也明顯提高,因此可供應(yīng)更大功率的優(yōu)點(diǎn)。
可是,據(jù)說開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)會很麻煩是嗎?

確實(shí)以往的開關(guān)穩(wěn)壓器,因外置元器件多,常量計(jì)算等設(shè)計(jì)稍微麻煩一些,這是事實(shí)。
但是,BD9S系列的元器件僅需3個。而且我們還提供推薦元器件與PCB板布局,因此簡單地說只要按照我們的推薦去做即可。真的與LDO相同的感覺即可完成設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)非常簡單。

– 還有其他關(guān)鍵要點(diǎn)嗎?

還需補(bǔ)充一點(diǎn),就是與車載相關(guān)的信息。提到車載,我們已經(jīng)就車載級產(chǎn)品符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)、工作溫度、管理體制以及二次電源的有效性進(jìn)行了相關(guān)說明,在此從可靠性的角度進(jìn)行補(bǔ)充。

設(shè)備的可靠性需要綜合考慮元器件的故障率和MTBF。簡言之,如果元器件的可靠性相同,則元器件數(shù)量越少,可靠性越高。前面已經(jīng)舉例說明安裝面積、成本、設(shè)計(jì)的簡單程度等,需要補(bǔ)充的是,對于汽車這類非常重視可靠性的應(yīng)用來說,提高性能的同時減少元器件數(shù)量,有助于提高可靠性。

審核編輯:湯梓紅

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