发布时间:2021-11-23 阅读量:1165 来源: 芯源系统 发布人: wenwei
【导读】电子产品持续快速发展使高效电源设计的要求也不断提高。教科书中定义的高效转换电路已不能满足市场的实际需求,在额定工作条件下实现高效只是现代市场的其中一个要求。真正具有竞争力的电源设计必须在整个负载和工作电压范围内保持高效,包括在轻载和待机条件之下。
就这一点而言,主流能效监管机构(例如欧盟委员会、ErP / EuP Ready、80 Plus和能源之星)已经制定了产品功耗和效率的相关标准(见图1)。
图1: 主流能效监管机构
大多数标准都提出了在10%至100%额定负载电流范围内的平均效率要求,以及在空载或待机状态下允许的最大功耗要求。实际中,不同的细分市场通常会根据其最终应用做特定的要求。
以下为部分示例:
● 台式计算机通常需要在轻载下长时间运行,因此对它们在低于满载10%的负载条件下运行有特定的效率要求。针对特定的品牌和型号,要求也有所不同。
● 对电视电源来说,最重要的是待机模式下的效率。将一些基本的显示和遥控功能考虑进去,通常要求低于300mW的功耗。
● 电源适配器因为可以与负载完全断开,所以将空载功耗降至最低是最重要的。一些手机适配器的空载功耗甚至可以达到10mW以下。
不过,在产品级电源设计中,效率只是设计人员的多个性能考量和权衡因素之一。任何提高效率的尝试都必须考虑其对其他性能因素的影响,例如纹波、瞬态性能、噪声和EMI。在实际的产品设计过程中,这可能需要进行大量优化工作才能满足不同市场中不同项目的特定要求。
面对如此复杂和多样的需求,为不断更新换代的产品设计电源解决方案变得愈加困难。许多传统的模拟电源解决方案都不具备现代标准要求的灵活性和可调性,而充分利用数字多模式解决方案已成为实现高效电源设计的关键。
HR121x系列产品是MPS的第二代数字PFC + LLC集成控制器,它提供多种控制模式以及出色的设计灵活性,完全可以满足各种市场应用和功率水平的效率和性能需求(见图2) 。
图2: HR121x系列产品中HR1210的典型应用电路
HR121x系列产品集成了高压电流源、安全认证的X电容放电电路和高压PFC + LLC驱动电路。与竞争方案相比,其电路非常简单,几乎不需要外部组件。
另外,HR121x系列产品采用数模混合芯片设计,因此还继承了传统模拟芯片在某些方面的优势,如相应速度、实时峰值电流保护、容性保护、自动死区调节以及开关周期内的其他功能 。
HR121x的数字控制核心结合可重新编辑的存储器,为整体解决方案提供了极大的灵活性。通过UART通信端口配置,可以轻松控制PFC和LLC两级电路之间的协作、不同控制模式之间的切换、关键操作点的切换频率以及保护功能的阈值时间和恢复方法。因此,采用HR121x系列产品的电源设计能够在任意负载条件下灵活地适应不同应用的性能要求(见图3)。
图3: HR121x系列产品的PFC控制模式
HR121x系列产品的PFC控制部分可实现CCM和DCM混合模式运行:
● HR121x系列产品可以在重载条件下完全工作于CCM模式,以最大限度降低峰值电流。
● 在中等负载或高输入电压条件下,可在同一电源频率周期中采用CCM和DCM混合模式工作,以实现开关损耗和峰值电流的最佳平衡。
● 在轻载条件下,HR121x系列产品可以在低频DCM或可调突发模式下运行,以进一步降低开关损耗。
通过HR121x系列产品的内部数字寄存器可以调整不同模式的切换点,从而针对不同的输入电压和负载条件,对效率曲线的每一个部分进行优化。
HR121x系列产品的LLC控制部分采用高级电流模式,相比传统的电压模式,其稳定性和响应速度更佳。此外,HR121x器件根据负载条件分为三种不同的工作模式(参见图4)。
图4: HR121x的LLC控制模式
● 在重载条件下,采用连续谐振模式以确保零电压导通并最小化RMS电流。
● 如果设备在相对轻载条件下进入跳频模式,则会通过插入死区时间来降低等效开关频率,并避免切换到可闻频率范围内。
● 在极轻负载条件下可进入频率可调的突发模式,这样,在进一步降低开关损耗的同时,还可以通过频率控制来调节可闻噪声的影响。
同样,每种模式的切换点和工作状态也可以进行数字调整,以实现效率和可闻噪声之间的最佳平衡。
HR121x产品系列提供的出色解决方案可以满足当今许多应用的效率要求,同时还提供了一流的性能与集成度。 其数字内核为设计人员提供了进一步优化设计的灵活性,完全可以满足当今的电源效率标准,并应对下一代设备新要求所带来的挑战。
免责声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请联系小编进行处理。
推荐阅读:
随着工业4.0的推进,无线传感器在智能制造中的需求激增,其核心挑战在于如何在复杂射频环境中实现低功耗、高可靠性与安全性。本文聚焦低功耗蓝牙®(BLE)、SmartMesh(基于IEEE 802.15.4e的6LoWPAN)及Thread/Zigbee(基于IEEE 802.15.4的6LoWPAN)三大无线标准,从功耗、可靠性、安全性和总拥有成本等维度展开系统性评估。研究表明,SmartMesh凭借时间同步信道跳频(TSCH)技术,在恶劣工业场景中展现出99.999996%的超高可靠性及极低能耗;而BLE则在大数据量传输场景中表现卓越。此外,融合边缘人工智能(AI)的新型传感器设计进一步优化了能效,为工业无线传感提供了创新解决方案。
随着智能家居技术的快速发展,家庭自动化系统正以前所未有的方式提升生活便利性。然而,分布式传感器的无线部署对电池供电提出了严峻挑战——如何在有限电池容量下实现长久续航?传统电源方案因效率不足、静态电流过高而难以满足需求。如今,纳米功耗(nanopower)技术的创新为这一难题提供了突破口。通过采用ADI公司新一代MAX77837降压-升压转换器和MAX18000升压转换器,智能家居传感器可将单节碱性电池或锂离子电池的低电压(低至0.5 V)高效转换为稳定3.3 V或5 V系统电压,同时将静态电流控制在纳安级。本文结合具体电路设计与仿真工具,揭示如何通过超低功耗电源管理延长设备寿命,推动智能家居向更小、更可靠、更低成本的方向迈进。
在模拟电子系统中,可变增益放大器是实现动态信号调理的核心模块。本实验聚焦运算放大器拓展应用,通过晶体管压控切换与电位计阻值调节两种方法构建可变增益放大器。采用ADALM2000模块搭建实验平台,结合OP97运放、2N3904晶体管及可调电阻网络,探究增益动态控制机制。通过方波驱动晶体管实现增益阶跃切换,以及电位计连续调节反相/同相放大倍数,验证压控与手动增益调节的电路特性,为音频压缩、通信调制等应用提供硬件设计基础。
随着数字计算器件(如FPGA、处理器及ASIC)的工艺技术不断微缩至纳米级别,其内核电压持续降低至1V以下,电源容差窗口已缩减至±3%甚至更小。这一趋势对电源的精准性提出了严苛挑战:传统开关稳压器的输出误差可能导致内核电压偏离安全范围,进而引发器件故障或永久性损坏。本文聚焦高精度窗口电压监控器的核心作用,通过量化分析其阈值精度对电源窗口的影响,提出优化策略,确保低电压器件在严格容差范围内稳定运行,同时最大化电源输出性能。
晶振是电子设备中的关键元件,为各类电子产品提供稳定的时钟信号。了解晶振的主要参数能够更好地了解晶振性能以及如何根据参数选择合适的晶振。