争取实现通用电源管理解决方案

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Davin Lee  Intersil公司工业和通信电源部VP/GM

 

当今的电源管理解决方案提高了功率、效率、可编程性和集成度,同时缩小了封装尺寸,从而能够为需要它们的新应用实现了更专业的电源管理能力。

 

电源管理方面的进步,如极大地降低了电源要求和缩小了IC尺寸,不是一蹴而就的事情。它花费了20多年的时间才取得了重大发展。例如,就在6年前,线性稳压器还是众多板级设计者的选择对象,因为他们简便易用,并且很少要求具备电源设计方面的专业知识。结合线性解决方案的低成本特性,这种简单化使得线性稳压器成了理想的稳压器,而开关稳压器则只能应用到需要较高效率的更高的输出负载上。

 

如今,大量因素让开关稳压器变得更普及,并且可以用于大量新兴应用。首先,更好的功耗消除了对特殊电源封装和散热器的要求,因而降低了整体复杂度和成本。其次,功率预算管理成了对系统设计者来说极为重要的因素,因此效率成了选择最佳解决方案的主要制约因素。在电源管理方面,开关稳压器优于其它稳压器,特别是在需要较高负载的情况下。第三,工艺技术的快速改进提高了集成度并缩小了晶片尺寸,因此开关稳压器的成本在过去的几年里得到了大幅削减。

 

当今的很多开关稳压器都在单个封装内整合了PWM控制器、FET驱动器和功率FET。第四,更高的集成度极大地提高了开关频率,进而缩小了外部电感和电容器的尺寸。最终缩小了占位面积。

 

第五,简便易用性的提高。借助于内部补偿开关稳压器,设计者无需进行冗长而复杂的计算即可确定实现高效稳定的控制环路所需的最佳外部元件。如今,人们只需要根据一系列参数从列表中选出输入和输出电容器以及输出电感即可。随着开关稳压器实现方式的简化,一般设计者现在可以利用由开关稳压器实现的更高的效率来实现散热最小化和功率预算最大化。更好的散热、更高的效率、更低的成本、更高的集成度、更高的开关频率和更小的占位面积,以及简便易用性使得开关稳压器成了线性稳压器极富吸引力的替代产品。虽然仍有一些情况下线性稳压器是最佳选择,但是现在开关稳压器则成了系统设计者的首选解决方案。

 

功率调节方面的另一个进步是采用了具有高度可编程特性的、宽输入电压(Vin)多输出功率解决方案。

 

如今,越来越多的系统需要大量电压轨来支持电路板上的各种半导体。多输出功率解决方案可以满足这种需求。ISL6442之类的产品包含2PWM控制器和1个线性控制器,并且具有4.5V24V的宽Vin范围。开关频率在600 kHz2.5MHz间可编程,从而可以利用更小的、带有3个可编程输出的输出电感。其它集成特性包括软启动、电压监控、排序、电压跟踪和PGOOD输出。集成使得设计者能够节省板空间,同时宽Vin使得“剪切和粘贴”设计能够在大量应用和平台上使用,进而节约了开发成本。

 

随着数字电源的到来,我们距离通用可编程开关稳压器的目标就又进了一步。虽然数字控制环路仍未得到大众市场的证实,但是它们即将提供先前模拟控制环路所能提供的稳定性能,并且还可以通过数字方式访问可编程参数。通过利用数字接口,电源设计者可以轻松快速地修改数字电源集成电路的数字系数,以便调节和精确调整跟环路补偿有关的参数、高级默认保护和监控、排序与启动,从而提升稳压器的性能和提高保护程度及可靠性。基于软件GUI的工具使得数字编程的任务变得很轻松,并且易于电源设计者理解。在数字电源出现之前,这种灵活性和控制只能由芯片设计者在设计阶段实现,或者由那些出色的、十分了解外部补偿机制的电源工程师实现。

 

现在,这种通过数字接口实现的灵活性和可编程性使得设计者能够开发通用可编程电源解决方案,以便根据平台要求来实现某些参数。这种利用单个通用电源解决方案的能力将会缩短系统设计周期,同时减少元件数量和削减成本。

 

随着更小的电源半导体工艺(0.25u和更小)和电源封装的进步,电源芯片制造商能够整合高密度逻辑和功率FET来创建极为经济、高度集成的可编程电源解决方案。现在可以整合功率级来提供大电流(2A - 20A),同时通过数字可编程控制器来接收宽Vin4.5V - 36V)。这种组合将会产生极为灵活的、可以满足大多数系统要求的电源管理解决方案。

 

最终结果是什么?推出具有开关频率、遥测参数、输出电压、线路负载、排序和控制环路参数之类高度可编程特性的、通用、宽Vin开关同步稳压器。我们所缺少的就是语音识别命令。

 

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