好多工程师在选用DC芯片时,都是凭着以往的经验再选,很少从电路板的性能以及性价比最优的考量上去进行选型,这是很不严谨的。出现这样的情况,其实是有很大一部分工程师,根本就不知道如何最优化的进行选项。下面从DC芯片的架构原理上进行分析。
一,DC芯片之LDO
从技术路型的角度,我们把它分为两大类,分别是LDO跟DC-DC;
什么是LDO?
LDO顾名思义,是一种低压差线性稳压器,这种稳压器仅能使用在降压的电路中,也就是输出电压必须小于输入电压。目前就我所了解到的信息,LDO做的最大的承受电流为5A,但是要保证5A的稳定输出还有很多的限制条件需要注意。
LDO的原理
LDO线性稳压器它的内部其实就相当于一个滑动变阻器,当芯片输出电压高于设定值时,会增大滑动变阻器的值,当芯片输出电压低于设定值时,会减小滑动变阻器的值,有点类似于下面的图
LDO为什么会发热
LDO线性稳压器它的内部既然相当于一个滑动变阻器,那么输入和输出的压差损耗全部被电阻转化成热能给消耗了,当然会发热,那芯片本身所消耗了多少功率呢?
芯片功耗计算:U*I=(Uin-Uout)*Iout;
Uout:输出电压
Uin:输入电压
Iout:输出电流
例如:LM7805输入12V,输出5V/1A,那么芯片本身所承受的功耗就是(12V-5V)*1A=7W;
那我们在进行电路方案选型的时候,就需要把这些因素考虑进去,如果一定要选用压差如此大的方案,那么对器件本身的散热要求要做好;
这里可以提供一个参考经验,当芯片温度小于60℃时,我们认为它是安全的,在90℃~120℃时就处于危险状态了,在达到120℃时芯片基本就处于失效状态(当然特殊芯片除外),如果在这个温度长时间的工作,可能会对芯片产生永久性的损坏。
二,DC芯片中DC-DC
什么是DC/DC?
DC-DC是一种新研制的小型化电源开关模块,它是采用微电子技术,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组合在一起而构成的。
简单来讲,DC-DC区别于LDO的电阻器调节,它采用的是一种全新的PWM调制或者PFM调制,下面我们对这两种调制方式做一个详细的介绍。
PWM:脉冲宽度调制
开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。
PFM:脉冲频率调制
调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。
两者间的主要区别:
PWM是频率宽和窄的变化,PFM是频率有和无的变化;
PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出。
PWM的特点是噪音低(纹波电压小,且开关频率固定,所以噪声滤波器设计比较容易,消除噪声也较简单)、满负载时效率高且能工作在连续导电模式;
PFM的输出电流小(PFM控制的DC/DC转换器在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小,因此,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率);
若同时具备PFM与PWM优点的话,可选择PWM/PFM切换方式控制DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制,低负荷时自动切换到PFM控制。
负载轻重是相对于负载消耗功率而言的,负载轻是指消耗功率小,出力小;相反,负载重则消耗功率大,出力大。
PFM相比较PWM主要优点在于效率
对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势。
PWM由于误差放大器的影响,回路增益以及响应速度受到限制,而PFM则具有较快的响应速度。
PFM相比较PWM主要缺点在于滤波困难
谐波频谱太宽,导致滤波困难;
峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大
价格上面,PFM的IC相较于PWM要稍贵一点;