“يتكون محول DC / DC بشكل عام من شريحة تحكم ، وملف قطب ، وصمام ثنائي ، وثلاثي ، ومكثف.محول DC / DC هو محول جهد ينتج جهدًا ثابتًا بشكل فعال بعد تحويل جهد الدخل. تنقسم محولات التيار المستمر / التيار المستمر إلى ثلاث فئات: محولات التيار المستمر / التيار المستمر ، ومحولات التيار المستمر / التيار المستمر ، ومحولات التيار المستمر / التيار المستمر.
“
أنا أفعل:
لا يمكن استخدام المنظمات الخطية ذات التسرب المنخفض ، وبالتالي فإن الاسم يشير إلى منظمات خطية ، إلا في تطبيقات التنحي ، أي يجب أن يكون جهد الخرج أقل من جهد الدخل.
المزايا: استقرار جيد ، استجابة سريعة للحمل ، تموج ناتج صغير.
العيوب: كفاءة منخفضة ، يجب ألا يكون فرق الجهد بين المدخلات والمخرجات كبيرًا جدًا ، ويجب ألا يكون الحمل كبيرًا جدًا ، حاليًا ، أكبر LDO هو 5A ، ولكن هناك العديد من القيود لضمان إخراج 5A.
DC / DC:
يتم تحويل جهد التيار المستمر إلى جهد تيار مستمر. بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن LDO هو أيضًا نوع من التيار المستمر / التيار المستمر ، ولكن في الوقت الحالي يحتوي مصدر طاقة التحويل متعدد الأصابع DC / DC على العديد من الهياكل الطوبولوجية ، مثل باك ، والتعزيز ، وما إلى ذلك.
المزايا: كفاءة عالية ، نطاق جهد دخل واسع.
العيوب: استجابة الحمل أسوأ من استجابة LDO ، وتموج الإخراج أكبر من LDO.
إذن ، ما هو الفرق بين DC / DC و LDO؟
يتكون محول DC / DC بشكل عام من شريحة تحكم ، وملف قطب ، وصمام ثنائي ، وثلاثي ، ومكثف.محول DC / DC هو محول جهد ينتج جهدًا ثابتًا بشكل فعال بعد تحويل جهد الدخل. تنقسم محولات التيار المستمر / التيار المستمر إلى ثلاث فئات: محولات التيار المستمر / التيار المستمر ، ومحولات التيار المستمر / التيار المستمر ، ومحولات التيار المستمر / التيار المستمر.
يمكن استخدام ثلاثة أنواع من الضوابط وفقًا للمتطلبات:
نوع التحكم PWM له كفاءة عالية وتموج جهد ناتج جيد وضوضاء ؛
يتميز نوع التحكم PFM باستهلاك منخفض للطاقة حتى لو تم استخدامه لفترة طويلة ، خاصة عندما يكون الحمل صغيرًا ؛
يقوم نوع التحويل PWM / PFM بتنفيذ التحكم في PFM عند الأحمال الخفيفة ، ويتحول تلقائيًا إلى التحكم في PWM عند الأحمال الثقيلة.
في الوقت الحاضر ، تستخدم محولات DC-DC على نطاق واسع في الهواتف المحمولة ، MP3 ، الكاميرات الرقمية ، مشغلات الوسائط المحمولة وغيرها من المنتجات.
وصف موجز لمبدأ DC-DC
في الواقع ، يجب أن يقوم الجزء الداخلي أولاً بتحويل مصدر طاقة التيار المستمر إلى مصدر طاقة التيار المتردد ، والذي عادة ما يكون عبارة عن دائرة تذبذب ذاتية الإثارة ، لذا فإن المكونات المنفصلة مثل المحاثات مطلوبة في الخارج. ثم في نهاية الإخراج ، يتم ترشيحه من خلال التكامل ثم العودة إلى مصدر طاقة التيار المستمر. نظرًا لأن مصدر طاقة التيار المتردد يتم إنشاؤه ، يمكن تعزيزه وتنحيه بسهولة. سيؤدي تحويلان لا محالة إلى خسائر ، وهي مشكلة كيفية تحسين كفاءة DC-DC التي يعمل الجميع بجد لدراستها.
مقارنة
يشمل DCtoDC دفعة (تصعيد) ، باك (تنحي) ، تعزيز / باك (تصعيد / تنحي) وهياكل عكسية ، بكفاءة عالية ، تيار خرج مرتفع ، تيار هادئ منخفض ، إلخ. مع تحسين التكامل ، العديد الدائرة الطرفية لمحول DC-DC الجديد تحتاج فقط إلى مغو ومكثف مرشح ، لكن تموج الإخراج وضوضاء التبديل لهذا النوع من أجهزة التحكم في الطاقة مرتفع نسبيًا ، والتكلفة مرتفعة نسبيًا.
المزايا البارزة للمنظمات الخطية منخفضة التسرب LDO هي أقل تكلفة وأقل ضوضاء وأقل تيار هادئ.كما أنها تحتوي أيضًا على عدد قليل من المكونات الطرفية ، وعادة ما تكون مكثفات تجاوز واحدة أو اثنتين فقط.يمكن لـ LDO الجديد تحقيق المؤشرات التالية: 30μV إخراج ضوضاء ، 60dBPSRR ، 6µA تيار هادئ ، وتسرب 100mV.
وصف موجز لمبدأ LDO
السبب الرئيسي في أن المنظمين الخطيين يمكنهم تحقيق هذه الخصائص هو أن ترانزستور المرور الداخلي يستخدم ترانزستورات تأثير المجال P-channel ، بدلاً من ترانزستورات PNP المعتادة في المنظمات الخطية. لا تحتاج FETs ذات القناة P إلى محرك أساسي للتيار الأساسي ، لذلك يتم تقليل تيار إمداد الطاقة للجهاز نفسه بشكل كبير. من ناحية أخرى ، في الهيكل الذي يستخدم ترانزستور PNP ، من أجل منع ترانزستور PNP من الدخول في حالة مشبعة وتقليل قدرة الإخراج ، يجب ضمان فرق جهد كبير بين المدخلات والمخرجات. فرق الجهد لقناة P يساوي تقريبًا ناتج تيار الخرج ومقاومته ، والمقاومة الصغيرة للغاية تجعل انخفاض الجهد منخفضًا جدًا.
عندما يكون جهد الدخل والجهد الناتج في النظام قريبين ، فإن LDO هو الخيار الأفضل ويمكن أن يحقق كفاءة عالية. لذلك ، يتم استخدام LDOs في الغالب في التطبيقات التي تحول جهد بطارية Li-ion إلى جهد 3V. على الرغم من عدم استخدام 10٪ من طاقة التفريغ النهائي للبطارية ، لا يزال بإمكان LDOs توفير عمر بطارية طويل في هيكل منخفض الضوضاء.
سواء كان الجهاز الإلكتروني المحمول مدعومًا بأنابيب التيار المتردد بعد التصحيح (أو محول التيار المتردد) ، أو يتم تشغيله بواسطة حزمة بطارية ، فإن جهد مصدر الطاقة سيختلف في نطاق واسع أثناء التشغيل. على سبيل المثال ، عندما تكون بطارية ليثيوم أيون مفردة مشحونة بالكامل ، يكون الجهد 4.2 فولت ، والجهد بعد التفريغ هو 2.3 فولت ، وهو ما يختلف بشكل كبير.
لا يتأثر جهد الخرج للمعدلات المختلفة فقط بتغير جهد التيار الكهربائي ، ولكن أيضًا بتغير الحمل.من أجل ضمان استقرار جهد مصدر الطاقة ، يتم تشغيل جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا بواسطة مثبت الجهد. تتطلب المعدات الإلكترونية الصغيرة والدقيقة أيضًا مصدر طاقة نظيفًا للغاية ، بدون تموجات وضوضاء ، حتى لا تؤثر على التشغيل العادي للأجهزة الإلكترونية. من أجل تلبية متطلبات المعدات الإلكترونية الدقيقة ، يجب إضافة منظم خطي إلى طرف إدخال مصدر الطاقة لضمان جهد ثابت لإمداد الطاقة وتحقيق ترشيح ضوضاء نشط.
أساسيات هتاح
تظهر الدائرة الأساسية لمنظم خطي منخفض التسرب (LDO) في الشكل 1-1. تتكون الدائرة من منظم سلسلة VT (ترانزستور PNP ، ملاحظة: في التطبيقات العملية ، تُستخدم ترانزستورات تأثير المجال P-channel بشكل شائع هنا) ، تتكون مقاومات أخذ العينات R1 و R2 ومضخم المقارنة A.
شكل 1-1 الدائرة الأساسية لمنظم خطي منخفض التسرب
يضاف جهد أخذ العينات Uin إلى طرف الإدخال غير العكسي للمقارن A ، ويقارن مع الجهد المرجعي Uref (Uout * R2 / (R1 + R2)) مضافًا إلى طرف الإدخال المقلوب. بعد الفرق بين الاثنين يتم تضخيمه بواسطة مكبر الصوت A ، Uout = (U + -U -) * ملاحظة A هي مضاعف مكبر الصوت ، الذي يتحكم في انخفاض الجهد لأنبوب ضبط السلسلة ، وبالتالي استقرار جهد الخرج. عندما ينخفض جهد الخرج Uout ، يزداد الفرق بين الجهد المرجعي Uref و جهد أخذ العينات Uin ، ويزداد ناتج تيار المحرك بواسطة المقارنة ، وينخفض انخفاض الجهد لمنظم السلسلة ، وبالتالي زيادة جهد الخرج.
على العكس من ذلك ، إذا تجاوز جهد الخرج Uout قيمة المجموعة المطلوبة ، فإن خرج التيار المسبق بواسطة مضخم المقارنة ينخفض ، وبالتالي يقلل من جهد الخرج. أثناء عملية تزويد الطاقة ، يتم إجراء تصحيح جهد الخرج بشكل مستمر ، ووقت الضبط يقتصر فقط على سرعة استجابة مضخم المقارنة وحلقة الترانزستور الناتج. وتجدر الإشارة إلى أن المنظم الخطي الفعلي يجب أن يكون له أيضًا العديد من الوظائف الأخرى ، مثل حماية الدائرة القصيرة للحمل ، وإغلاق الجهد الزائد ، والإغلاق الحراري ، وحماية التوصيل العكسي ، وما إلى ذلك ، ويمكن أيضًا أن يستخدم ترانزستور تمرير السلسلة MOSFET.
المعلمات الرئيسية للمنظمات الخطية منخفضة التسرب
1.جهد الخرج
يعد جهد الخرج أهم معلمة لمنظم خطي منخفض التسرب ، وهو أيضًا المعلمة الأولى التي يجب على مصممي المعدات الإلكترونية مراعاتها عند اختيار المنظم. هناك نوعان من منظمات الجهد الخطي المنخفض التسرب: جهد الخرج الثابت والجهد الناتج القابل للتعديل.منظم جهد الخرج الثابت أكثر ملاءمة للاستخدام ، ولأن جهد الخرج يتم ضبطه بدقة من قبل الشركة المصنعة ، فإن منظم الجهد لديه دقة عالية. ومع ذلك ، فإن قيم جهد الخرج المحدد هي جميع قيم الجهد الشائعة ، والتي لا يمكن أن تلبي جميع متطلبات التطبيق ، ولكن التغيير في قيمة المكونات الخارجية سيؤثر على دقة الاستقرار.
2.أقصى تيار الإخراج
تختلف طاقة المعدات الكهربائية ، ويختلف أيضًا الحد الأقصى للتيار المطلوب بواسطة مثبت الجهد ، بشكل عام ، يكلف مثبت الجهد مع تيار خرج أكبر تكلفة أكبر. من أجل تقليل التكلفة ، في نظام الإمداد بالطاقة الذي يتكون من مثبتات جهد متعددة ، يجب اختيار مثبت الجهد المناسب وفقًا للقيمة الحالية المطلوبة لكل جزء.
3.فرق جهد الإدخال والإخراج
يعتبر فرق جهد الدخل والخرج أهم معلمة لمنظم خطي منخفض التسرب ، وفي ظل شرط ضمان ثبات جهد الخرج ، كلما انخفض فرق الجهد ، كان أداء المنظم الخطي أفضل. على سبيل المثال ، يمكن للمنظم الخطي المنخفض التسرب المنخفض 5.0 فولت أن يثبّت جهد الخرج عند 5.0 فولت طالما أن جهد الدخل هو 5.5 فولت.
4.تيار الأرض
تشير دائرة التأريض IGND إلى تيار عمل المنظم الذي يوفره مصدر طاقة الإدخال عندما يكون تيار الخرج لمنظم السلسلة صفرًا. يُطلق على هذا التيار أحيانًا اسم التيار الهادئ ، ولكن عند استخدام ترانزستور PNP كعنصر منظم متسلسل ، فإن هذا الاسم المعتاد غير صحيح ، وعادة ما يكون التيار الأرضي لمنظم مثالي منخفض التسرب صغيرًا جدًا.
5.تنظيم الحمل
يمكن تحديد معدل تنظيم الحمل من خلال الشكل 2-1 والمعادلة 2-1 ، فكلما قل معدل تنظيم الحمل في LDO ، زادت قدرة LDO على قمع تداخل الحمل.
الشكل 2-1 OutputVoltage & OutputCurrent
أين:
△ معدل تنظيم الحمل Vload ؛
إيماكس – أقصى تيار إخراج LDO ؛
Vt – عندما يكون تيار الخرج هو Imax ، فإن جهد خرج LDO ؛
Vo – عندما يكون تيار الخرج 0.1mA ، فإن جهد خرج LDO ؛
△ V – الفرق بين جهد الخرج عندما يكون تيار الحمل 0.1mA و Imax ، على التوالي.
6.معدل التعديل الخطي
يمكن تحديد معدل الضبط الخطي من خلال الشكل 2-2 والمعادلة 2-2. فكلما قل معدل الضبط الخطي لـ LDO ، قل تأثير تغير جهد الدخل على جهد الخرج ، وكان أداء LDO أفضل .
أين:
△ Vline – معدل الضبط الخطي LDO ؛
Vo – LDO جهد الخرج الاسمي ؛
Vmax – أقصى جهد دخل LDO ؛
△ V – إدخال LDO Vo إلى Vmax ‘الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لجهد الخرج.
7.نسبة رفض مصدر الطاقة
غالبًا ما يحتوي مصدر إدخال LDO على العديد من إشارات التداخل ، ويعكس PSRR قدرة LDO على قمع إشارات التداخل هذه.
التطبيقات النموذجية لهتاح
يظهر التطبيق النموذجي للمنظم الخطي منخفض التسرب في الشكل 3-1. الدائرة الموضحة في الشكل 3-1 (أ) هي واحدة من أكثر مصادر طاقة التيار المتردد / التيار المستمر. يتم تحويل جهد إمداد طاقة التيار المتردد إلى التيار المطلوب الجهد ، والذي يتم تصحيحه إلى جهد تيار مستمر. في هذه الدائرة ، يتمثل دور المنظم الخطي المنخفض التسرب في تثبيت جهد الخرج عندما يتغير جهد إمداد طاقة التيار المتردد أو الحمل ، وقمع جهد التموج ، والقضاء على ضوضاء التيار المتردد الناتجة عن مصدر الطاقة.
يختلف جهد التشغيل للبطاريات المختلفة في نطاق معين. من أجل ضمان جهد خرج ثابت لحزمة البطارية ، يجب عادةً توصيل منظم جهد خطي منخفض التسرب بطرف خرج حزمة البطارية ، كما هو موضح في الشكل 3 -1 (ب).
قوة المنظم الخطي منخفض التسرب منخفضة ، لذلك يمكن أن يطيل عمر خدمة البطارية.في الوقت نفسه ، نظرًا لأن جهد الخرج للمنظم الخطي منخفض التسرب قريب من جهد الدخل ، يمكن لجهد الخرج لا يزال مضمونًا أن يكون مستقرًا عند نفاد شحن البطارية تقريبًا. كما نعلم جميعًا ، فإن كفاءة تبديل مصدر الطاقة المنظم عالية جدًا ، لكن جهد تموج الخرج مرتفع ، والضوضاء كبيرة ، ومعدل تنظيم الجهد والأداء الآخر ضعيف أيضًا ، خاصةً عند تشغيل الدائرة التناظرية ، سيكون لها تأثير أكبر.
يمكن أن يؤدي توصيل منظم خطي منخفض التسرب بنهاية إخراج منظم التبديل ، كما هو موضح في الشكل 3-1 (ج) ، إلى تحقيق التصفية النشطة ، ويمكنه أيضًا تحسين دقة تنظيم الجهد لجهد الخرج بشكل كبير ، في حين أن نظام الطاقة لن يتم تقليل الكفاءة بشكل كبير.
في بعض التطبيقات ، مثل معدات الاتصال اللاسلكي ، عادة ما توجد بطارية واحدة فقط لتزويد الطاقة ، ولكن كل جزء من الدائرة غالبًا ما يستخدم جهدًا مختلفًا معزولًا عن بعضه البعض ، لذلك يجب أن يتم تشغيله بواسطة منظمات جهد متعددة. من أجل توفير طاقة البطارية الشائعة ، عادةً عندما لا يعمل الجهاز ، من المتوقع أن يعمل المنظم الخطي المنخفض التسرب في حالة السكون. لهذا السبب ، يجب أن يكون لدى المنظم الخطي طرف تحكم تمكين. يوضح الشكل 3-1 (د) نظام إمداد الطاقة بمخرجات متعددة تعمل ببطارية واحدة مع وظيفة التحكم في التشغيل والإيقاف.
يجب فهم DC-DC بهذه الطريقة
DC-DC تعني DC إلى (إلى) DC ، أي تحويل قيم مختلفة لطاقة DC. طالما تم استيفاء هذا التعريف ، يمكن تسميته محول DCDC ، بما في ذلك LDO. لكن القول العام هو أن الجهاز الذي يحول DC إلى (إلى) DC عن طريق التبديل يسمى DCDC. تشمل محولات DC-DC دوائر تصعيد وتنحي وتصعيد / تنحي ودوائر معادلة عكسية مزايا محولات DC-DC هي الكفاءة العالية ، تيار الإخراج العالي والتيار الهادئ الصغير. مع زيادة التكامل ، تتطلب العديد من محولات DC-DC الجديدة عددًا قليلاً من المحرِّضات الخارجية ومكثفات التصفية.
ومع ذلك ، فإن تموج الإخراج وضوضاء التبديل لهذا النوع من وحدات التحكم في الطاقة كبيرة نسبيًا ، والتكلفة مرتفعة نسبيًا. في السنوات الأخيرة ، مع تطور تكنولوجيا أشباه الموصلات ، والمحاثات المثبتة على السطح ، والمكثفات ، ورقائق التحكم في الطاقة المتكاملة للغاية. تستمر في الانخفاض وتصبح الأحجام أصغر. نظرًا لأن MOSFET ذات المقاومة الصغيرة يمكن أن تنتج طاقة كبيرة ، فلا يلزم وجود FET خارجي عالي الطاقة. على سبيل المثال ، بالنسبة لجهد الدخل 3V ، يمكن الحصول على خرج 5V / 2A باستخدام NFET على الرقاقة.ثانيًا ، لتطبيقات الطاقة الصغيرة والمتوسطة ، يمكن استخدام حزمة صغيرة منخفضة التكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا زاد تردد التبديل إلى 1 ميجاهرتز ، فيمكن أيضًا تقليل التكلفة ، ويمكن استخدام محاثات ومكثفات أصغر. تضيف بعض الأجهزة الجديدة أيضًا العديد من الوظائف الجديدة ، مثل البدء الناعم أو الحد الحالي أو تحديد وضع PFM أو PWM.
بشكل عام ، يجب اختيار DCDC للدفع ، ويجب مقارنة DCDC أو LDO للتنحي من حيث التكلفة والكفاءة والضوضاء والأداء.
LDO مقابل DC / DC
بادئ ذي بدء ، من حيث الكفاءة ، تكون كفاءة DC / DC أعلى بشكل عام من كفاءة LDO ، والتي يتم تحديدها من خلال مبدأ عملها. ثانيًا ، يحتوي DC / DC على Boost و Buck و Boost / Buck. يصنف بعض الأشخاص أيضًا ChargePump في هذه الفئة ، بينما لدى LDO نوع التنحي فقط.
مرة أخرى ، إنها أيضًا نقطة مهمة جدًا ، نظرًا لتردد تبديل DC / DC ، فإن ضوضاء مصدر الطاقة الخاص بها كبيرة جدًا ، وهي أكبر بكثير من LDO. يمكنك الانتباه إلى معلمة PSRR. لذلك ، عند التفكير في الدوائر التناظرية الأكثر حساسية ، قد يكون من الضروري التضحية بالكفاءة لضمان نقاء مصدر الطاقة واختيار LDO.
أيضًا ، عادةً ما تكون الأجهزة الطرفية المطلوبة بواسطة LDO بسيطة وتحتل مساحة صغيرة ، بينما تتطلب DC / DC عمومًا محاثات وثنائيات ومكثفات كبيرة وبعض MOSFETs. تحتاج دائرة Boost بشكل خاص إلى مراعاة الحد الأقصى لتيار العمل للمحث ، ووقت الاسترداد العكسي للديود ، و ESR للمكثف الكبير ، وما إلى ذلك ، وبالتالي فإن اختيار الأجهزة الطرفية أكثر تعقيدًا من LDO ، وستكون المنطقة تكون أكبر من ذلك بكثير وفقًا لذلك.
The Links: 1DI200H-055 CM100DUS-12F