Trong các ứng dụng như kết nối không dây dựa trên các mạch tương tự cấp tín hiệu thấp và thiết kế kỹ thuật số sử dụng điện áp đường sắt công suất thấp,chất lượng của đường ray DC là chìa khóa để duy trì hiệu suất hệ thốngNgoài hiệu quả chuyển đổi, độ chính xác đầu ra, sự ổn định, và đường dây và điều chỉnh tải,chất lượng của đường ray DC cũng phụ thuộc vào các yếu tố như tiếng ồn vốn có và phản ứng tạm thời với những thay đổi tải năng động.
Tuy nhiên, bộ Silent Switcher mạnh mẽ của Analog Devices đã trải qua nhiều thế hệ phát triển và đã trở thành một công nghệ trưởng thành, khi được áp dụng đúng cách,có thể cung cấp đầu ra DC tiếng ồn thấp cần thiết và phản ứng chuyển tiếp siêu nhanh.
Bài viết này sẽ tập trung vào việc giới thiệu các bộ điều chỉnh chuyển đổi DC / DC hiệu suất cao dễ sử dụng, lợi thế của chúng và các vấn đề mà chúng có thể giải quyết.Bài viết này sẽ sử dụng các thiết bị tương tự như một ví dụ để minh họa cách tối đa hóa hiệu suất của các điều chỉnh chuyển đổi.
Silent Switcher Series
Các bộ điều chỉnh chuyển đổi DC / DC từ các thiết bị analog Silent Switcher series đã phát triển đến thế hệ thứ ba.Sản phẩm thế hệ đầu tiên Silent Switcher 1 chủ yếu được sử dụng để giảm tiếng ồn tần số cao liên quan đến điều chỉnh chuyển mạchThế hệ sản phẩm này có ba lợi thế chính: nhiễu điện từ thấp (EMI), hiệu quả cao và tần số chuyển đổi cao (thích hợp cho các thiết bị liên quan nhỏ hơn).
Sau đó, Analog Devices đã phát hành Silent Switcher 2. Sản phẩm này giữ lại chức năng của người tiền nhiệm của nó và thêm các tụ độ chính xác tích hợp,áp dụng một ngoại hình nhỏ gọn hơn và loại bỏ sự nhạy cảm với bố trí bảng mạch in (bảng PC).
Sản phẩm thế hệ thứ ba Silent Switcher 3 thừa hưởng các tính năng độc đáo của hai thế hệ trước đó.Sản phẩm này cũng có những lợi thế của phản ứng chuyển tiếp nhanh và tiếng ồn cực thấp trong phạm vi tần số thấp (Hình 1).
Bộ điều chỉnh DC / DC yên tĩnh từ Analog Devices (nhấp để phóng to).
Hình 1: Mỗi thế hệ bộ điều chỉnh DC / DC Silent Switcher giữ lại các tính năng và chức năng của thế hệ trước và thêm các tính năng và chức năng mới.
Giải pháp tiếng ồn chuyển đổi đơn giản
Để đạt được các đặc điểm tiếng ồn thấp của hai thế hệ sản phẩm trước đó, các nhà thiết kế đã nghiên cứu các nguồn tiếng ồn khác nhau và khám phá các phương pháp sáng tạo để bỏ qua, giảm thiểu,hoặc thậm chí loại bỏ các nguồn tiếng ồnVí dụ, nguồn tiếng ồn chính trong các nguồn cung cấp điện chế độ chuyển mạch là hành động chuyển mạch của dòng điện, chứ không phải là dòng điện trạng thái ổn định.Trong các topology điều chỉnh chế độ chuyển đổi truyền thống, có một con đường hiện tại được gọi là vòng tròn nhiệt.Thế hệ đầu tiên của bộ điều chỉnh DC / DC Silent Switcher sáng tạo chia mạch nhiệt thành hai mạch dòng đối xứngĐiều này tạo ra hai trường từ cực đối lập, phần lớn hủy bỏ tiếng ồn phát ra.
Bằng cách tích hợp tụ điện đầu vào trực tiếp vào gói IC, Silent Switcher 2 giảm thiểu các mạch nhiệt quan trọng ở mức độ lớn nhất có thể.
Kiến trúc này hỗ trợ chuyển đổi nhanh các cạnh, đạt hiệu quả cao trong điều kiện chuyển đổi tần số cao trong khi duy trì hiệu suất EMI tốt.Bộ tụ gốm bên trong ở đầu điện áp đầu vào DC (VIN) giúp duy trì một vòng lặp dòng AC nhanh nhỏKiến trúc Silent Switcher cũng sử dụng thiết kế độc quyền và công nghệ đóng gói để tối đa hóa hiệu quả ở tần số cực kỳ cao,cho phép nó vượt qua giới hạn EMI đỉnh của CISPR 25 lớp 5.
Ngoài ra, công nghệ định vị điện áp hoạt động (AVP) cũng được sử dụng, có nghĩa là điện áp đầu ra phụ thuộc vào dòng tải.giá trị điều chỉnh điện áp đầu ra cao hơn giá trị danh nghĩaĐiều chỉnh tải DC đã được điều chỉnh để cải thiện hiệu suất thoáng qua và giảm thiểu yêu cầu điện tụ đầu ra.
Chuyển đổi âm thầm 3 và phản ứng tạm thời
Phản ứng tạm thời đề cập đến khả năng của một bộ điều chỉnh điện áp để đáp ứng với những thay đổi tải đột ngột và đã trở thành một thông số ngày càng quan trọng.ngoài việc giảm thiểu tiếng ồn tần số thấp (10 Hz đến 100 kHz), các sản phẩm thế hệ thứ ba cũng tập trung vào việc cung cấp phản ứng quá nhanh.
Các bộ xử lý tín hiệu và Hệ thống trên chip (SoC) thường trải qua những thay đổi đột ngột trong đường cong chuyển tiếp tải, do đó ngày càng chú ý đến phản ứng chuyển tiếp.Load transient này có thể gây nhiễu với điện áp cung cấp năng lượng, và tham số này rất quan trọng đối với thiết kế RF hiệu suất cao. Ví dụ, điện áp cung cấp điện khác nhau có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tần số đồng hồ hệ thống.
Do đó, các RF SoC thường áp dụng thời gian trống trong các giai đoạn chuyển tải. Trong các ứng dụng 5G, chất lượng thông tin có liên quan chặt chẽ đến thời gian trống trong các giai đoạn chuyển tiếp.Giảm thiểu tác động của các biến tải trên nguồn cung cấp điện sẽ cải thiện hiệu suất cấp hệ thống.
Để đạt được mục tiêu này, thiết bị Silent Switcher 3 đơn chip sử dụng thiết kế tăng cường lỗi hiệu suất cực cao,có thể cung cấp sự ổn định bổ sung ngay cả trong trường hợp bù đắp hung hăngTần số chuyển đổi tối đa là 4 megahertz (MHz) cho phép IC tăng băng thông vòng điều khiển lên khoảng 100 kHz trong chế độ điều khiển dòng cao điểm tần số cố định.Nhiều công nghệ sáng tạo cũng có thể giảm các yếu tố tinh tế cản trở phản ứng tạm thời:
Load Separation - Trong một thiết kế điển hình, tải 1 V bao gồm các mạch truyền và nhận, dao động địa phương (LO) và dao động điều khiển điện áp (VCO).Trong quá trình hoạt động phân chia tần số (FDD)Trong khi đó, tải LO và VCO là không đổi, nhưng đòi hỏi độ chính xác cao và tiếng ồn thấp.
Các đặc điểm băng thông cao của các thiết bị này cho phép các nhà thiết kế tách tải động và tĩnh thông qua một cảm ứng thứ hai (L2),do đó cung cấp năng lượng cho hai nhóm tải trọng 1 V quan trọng từ IC điều chỉnh (Hình 2)Phản ứng chuyển động tải nhanh, độ lệch VOUT tối thiểu và nó sẽ không ảnh hưởng đến tải tĩnh (Hình 2, dưới cùng).