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如何在便携式产品中实现高效电源变换

如何在便携式产品中实现高效电源变换

Q1:我们在使用中需要用到12V 的电源,但使用的蓄电池会在12V 上下波动,曾看到一篇文章介绍有三种方法解决此类问题:1.串并联电池2.使用升降压配置3.SEPIC 配置,也就是采用两个耦合电感的开关电源。前面两种都好理解,SEPIC 配置到底为何意?
A1:SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)是可以不用耦合电感的,两个独立的电感也可。它是通过两个电感分别的蓄能而达到输出电压可大于或小于输入电压的。

Q2:目前的开关电源IC 输出功率一般不超过150W,是不是可以用两个IC 复合工作输出300W?我试过线路要很复杂,有没有简单的电路?
A2:通用的PWM 控制IC 只输出一路PWM 方波或者两路互补的PWM 方波;多相PWM 控制IC 输出二到四路顺序相位PWM 方波,输出方式为多路并联输出,优点是输出纹波幅值较小(多相分电流,输出滤波器参数较小)、频率较高(多相频率叠加)、效率较高。

Q3:我公司开发的手持仪表带有微型打印机,打印机工作时电流达到1.5A 以上,而平时电流只有20~30mA。按1.5A 设计的电源,在小电流下效率很低,如何解决这一问题?
A3:目前的高集成度DC/DC IC 电源可以提供1.5A 的输出电流, 同时在负载较轻时可从正常的PWM 工作模式自动切换到BURST 模式。这一功能可以很好地兼顾满载运行和轻载运行的不同要求。

Q4:随着开关电源技术的不断发展,竞争也日趋激烈。请问该如何满足低空载损耗,低成本的要求?
A4:Linear 的许多DC-DC 芯片带有业界极低的静态电流和轻载功耗. 并且它们大多可工作在很高开关频率下并带有很小尺寸. 因此可选用低值电感和电容, 从而导致电源整体成本降低和尺寸减小.

Q5:以Linear 公司LT1083 系列为例,在adj 端和out 端连接不同的电阻可以得到相应的输出。 关于这两个电阻值是否有规定?我在Linear 公司网站上并未查到,理论上这两个电阻越大,则在电阻上浪费的功率越小,是否应该选择较大的电阻?但是实际使用中我看到的例子中电阻值都不是很大,请问这是为什么?有没有电阻值选择范围的指导? 另外我在pspice 仿真时发现,当电阻值大到一定程度的时候(我用lt1084 的model, out 端和adj 端的电阻值是10k, adj 和地端的电阻为4.4k, 输出应该是1.8v,但是pspice 仿真出来是2.041v),请问是否如此?为什么?
A5:LT1083 输出电压的准确计算公式是Vout=Vref(1+R1/R2)+50uA×R2. R2 是接地电阻。50uA×R2 项是考虑ADJ 端偏置电流的影响,在R2 较大时不能忽略。以R1=10K,R2=4.4K 计算,Vout=2.02V,非常接近仿真结果。实际应用时,R2 阻值最好小于:Vout×1%/50uA,然后确定R1。

Q6:请教switch regulator 和linear regulator 的区别及各自应用的场合。
A6:很多有关电源的书籍在这方面都有详尽的论述。概括地讲,linear regulator 的调整管工作在线性状态,根据负载的变化情况来调节自身的内电阻从而稳定输出电压。它只能做降压转换,电路简单,噪声低,转换效率可以简单地看作输出与输入电压之比,一般用于低压差,小功率的场合。switch regulator 调整管工作在开关状态,通过调节导通和关断的时间比例稳定输出电压,可灵活实现电压的大小和极性的不同转换。良好的设计可实现较高的转换效率,电路相对复杂,存在开关噪声。在linear regulator不适用的场合都可以应用。

Q7:高精度ADC 的电源供电较一般数字电路要求高得多,而现在系统中往往只有DC-DC转换器,它的输出电压也都为标准电压、+5V 等,但纹波和噪声都较线性稳压器大。那么如何才能效率和性能兼得呢?
A7:首先, 有三种技术方案可供选择, 线性电源, 开关电容方案, 开关电感方案。这三种方案之间存在效率和噪声的折衷。系统设计师需要根据实际情况作出自己的权衡。对于开关电感方案, 首先要保证电源工作在一个良好的状态。这可以通过元器件选择,PCB 布线和电源的动态特性设置来实现。其次可以通过选择适当的开关频率来减少由于电源的开关动作对ADC 带来不良影响。
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