满足复杂DC-DC功率转换要求

许多工业系统,如测试测量设备,都需要嵌入式DC-DC转换器,是因为这些应用所需的计算能力日益增加。这种计算能力由DSPFPGA、数字ASIC和微控制器提供,而得益于工艺几何尺寸的日益缩小,该类器件在不断的进步。另一方面,这也带来了三大要求:第一,电源电压越来越低(当然,还有容许的电压纹波和负载变化);其次,电源电流逐渐变大;第三,这些IC通常需要为内核和I/O结构以准确的顺序提供单独的电压,以避免闩锁现象的发生。

嵌入式DC-DC转换器必须具有出色的效率。这类转换器的可用空间很小,对于热设计尤其具有挑战性,因为嵌入式转换器主要依赖PCB上元件周围的铜面积来改善系统热阻抗。由于功耗与电流的平方成正比,随着负载电流的增加,这种情形会更加恶化。因此这时需要低导通阻抗RDSON、低开关损耗的电源开关。不过鉴于器件的导通阻抗RDSON越低,寄生电容乃至开关损耗就越高,最终功耗也越高,故必需进行一定的权衡取舍。嵌入式DC-DC转换器的另一个主要要求是EMI必需低。这些转换器产生的噪声会对周围的电路造成干扰,因而必须尽可能地小。不过,高速(以降低开关损耗)转换大电流(若负载所需)不可避免地会产生很大的开关噪声,包括传导噪声和辐射噪声(主要是磁场)。因此,必需特别关注功率级元件选择和布局的优化,尤其是在驱动器连接方面。此外,PWM控制拓扑也有一定影响。

  一个应用建议是把DC-DC转换器尽可能靠近负载放置。这样做可以把EMI降至最低、减小宽的大电流线迹所占用的板空间,并改进转换器的动态特性。分布式功率管理系统应运而生,在这种系统中,所有转换器都理想地彼此相连。对于强迫空气对流式的系统,元件布局时需注意的是,不要把转换器放在其它更大尺寸元件的风阴影里。建议把控制器置于MOSFET的上游,这样不会增加多少功耗,而在较低外壳温度下工作更可靠。

现代嵌入式DC-DC转换器受益于众多不同的技术方案,能够提高系统性能和可靠性,并降低成本。在独立式转换器或互连数字转换器之间的控制端上,以及在集成式或分立式解决方案之间的功率级端上的相倚关系显示出,可以对工作在网络中的DC-DC转换器进行优化,并获得最低功耗。