模块化开关/DC(“稳压器”)风靡一时。将电源所需的所有组件集成到单个封装中可节省空间并简化电路设计。
半导体供应商用来缩小电感器的技巧,就是可以将其插入模块,就是增加开关频率。事实证明,给定所需的电感值(电感)与开关频率成反比,以获得相等的峰峰值纹波电流。
较低的电感意味着线圈的环路和/或线路较少,线圈较小(线圈内部的区域),从而降低了电感器的体积¹。更高开关频率的额外好处是减小输出器的尺寸。
增加开关频率会影响效率,并且在包含电感器的模块的便利性与更高效但不包括电感器的模块之间的权衡是需要仔细考虑的。
对效率的影响
开关稳压器的效率(百分比)确定为输出功率除以输入功率x 100.较高的损耗会降低输出功率,从而降低效率。此外,更高的损耗也会导致更大的热量挑战。表1显示了模块化稳压器中功耗的消耗位置。
损耗分量因子FET驱动损耗栅极电荷,驱动电压,频率FET开关损耗功能VIN,IOUT,FET上升/下降时间,频率FET电阻I²xRDS(on)功能二极管损耗Vf x IOUT x(1 - D)电感器损耗I²x直流+ AC铁心损耗电容器损耗MS²xESR IC损耗[IQ] IC工作时IQ的数据表规范
为了证明提高开关频率对效率的影响,请考虑基于()TPS54160的模块化开关稳压器参考设计。该器件为2.5 MHz,60 V,1.5 A降压稳压器。该芯片使用外部电感,但如果电感集成在模块中,则该示例成立。参考电路如图1所示(L1是电感,C2是输出电容)。
电源模块的设计" src="https://web.ruidan.com/images/aritcle/programmes/20230419/content/k0atjdj2g3r.png">
图1:TI TPS54160开关稳压器参考原理图。 (由德州仪器公司提供)
虽然由于FET(集成到模块中)和芯片的其余部分存在损耗,但在这里可以忽略它们,因为在每个示例中使用相同的芯片。由于参考设计选择了具有极低等效串联电阻(ESR)的陶瓷电容,因此也可以忽略电容损耗。
因此,