功率转换的重要应用与发展方向
品慧电子讯功率转换是各种电子产品设计的基础，为满足不同的应用与产品需求，均需要进行功率转换、稳压、隔离等处理，才能确保器件、模块、系统能够稳定的运作。本文将为您展示功率转换的重要应用与发展方向，以及由ADI推出的功率转换解决方案。
三种DC-DC转换器类型与性能差异
功率转换类型相当多样，包含交流（AC）与直流（DC）电源的相互转换，也包括交流与交流、直流与直流之间的转换。以DC-DC转换为例，共有三种基本的DC-DC转换器类型，包括非稳压开关电源或模块、稳压开关电源或模块与芯片级功率转换器，采用这些电源结构都会增加控制电路的复杂性，而前两种类型还需增加元器件的数量和解决方案的尺寸。
非稳压电源是相对简单的解决方案，这类的解决方案的成本以变压器为主，数量合适的话，分立解决方案的成本可低于1.00美元，虽然成本很低，但负载和温度范围内的输出电压变化可能很大，使得模拟解决方案的选择将更加困难，所有模拟解决方案都必须具有出色的电源抑制性能，负载不能快速变化，否则就会引起电源大幅度改变。因此，非稳压电源的效率可能相当高，但电源质量很低。
稳压电源和模块可提供更好的输出特性，与非稳压电源方案类似，控制器将功率切换到变压器中。这类方案的电源效率在高负载下非常好，在低负载下则很差。有许多有源稳压方案可以提高全负载范围内的效率，但需要复杂得多的控制电路，而且大部分方案需要在隔离栅上建立一个反馈通道，这会大幅增加设计的成本和尺寸。
芯片级转换器技术是ADI公司针对iCoupler?数字隔离器产品而开发的，基于该技术已产生一类新型DC-DC转换器。该技术非常适合低功耗高性能电源设计，由于变压器非常小，足以集成到采用内分引脚架构的标准IC封装中，芯片级功率转换器能够集成完全稳压DC-DC电源的全部功能，在低负载情况下具有紧凑型的稳压特性和良好的效率。
芯片级转换器具有更佳的功率转换优势
大部分设计师需要实现高电源效率的设计，非稳压解决方案的效率通常较高，但当输出电压显着高于额定值时，其效率将迅速降低。效率第二的是稳压模块，它设计用于轻负载，具有良好的特性。然而，当对比芯片级转换器时，由于芯片级转换器集成有源反馈调节，其效率能够更快地上升至最终值，因此，尽管芯片级解决方案的最大效率较低，它依然是一个较好的选择。
尺寸则是这些解决方案下一个比较点，模块解决方案在PCB上的面积均为180 mm2，非稳压模块的高度是10 mm，因此它不仅要占用电路板空间，而且很可能是板上最高的部分，决定模块的理论外壳尺寸。明智的选择同样是采用薄型SSOP20 JEDEC标准封装、尺寸为55 mm2，并且添加一些旁路电容和两个电阻的芯片级模块。
模块式／分立解决方案与芯片级解决方案的最后一个区别因素是工作频率。开关电流会给电源带来噪声和纹波。很多情况下，模块的工作频率范围是200 kHz到1 MHz，必须对数据进行适当的滤波或消除混叠，防止其受到电源噪声影响。芯片级解决方案的原边功率振荡器的工作频率在125 MHz，虽然功率振荡器的PWM控制仍会引起纹波，但最大噪声源高于ADC的带宽，可将其轻松滤除。
小尺寸、完全隔离的集成DC/DC转换器
ADI的芯片级解决方案ADuM5010，便是一款isoPower集成隔离式DC/DC转换器，基于ADI公司的iCoupler?技术，能够提供可在3.15 V和5.25 V之间调节的稳压隔离电源，拥有最高150 mW输出功率。输入电源电压可以略低于所需输出，也可以远高于所需输出。利用iCoupler芯片级变压器技术，能够隔离逻辑信号和DC/DC转换器的磁性组件。因此，可提供小尺寸、完全隔离的解决方案。
ADuM5010采用20引脚SSOP封装，爬电距离为5 mm，工作温度最高可达105℃，具备大于25 kV/μs的高共模瞬变抗扰度，可广泛应用在电源启动偏置和栅极驱动、隔离传感器接口与工业PLC。
ADuM5010非常适合隔离模拟输入的要求，功耗150 mW，并提供一般只有高功率DC-DC转换器才具备的特性组合。在功率与隔离数据信道相结合的系列器件中，此器件是仅提供功率的型号。该系列还将继续推出更高通道数器件，以便工程师只需进行极少的设计工作就能安全且轻松地应用电源。
ADI也推出ADuM5010评估套件──EVAL-ADuM5010EBZ，可支持ADuM5010和ADuM6010 150 mW隔离式电源模块。它可提供JEDEC标准SSOP20焊盘布局，并支持设置所需的输出电压、设置使能控制，并为板载负载和旁路电容器提供多个位置。isoPower器件采用高频大功率开关电路来实现跨芯片级、空芯变压器的功率传输。该评估板的PCB和电源模块能够满足CISPER22 Class A或Class B的要求，具体取决于电压和负载范围。
模拟序列发生器提供可靠的上电和断电序列
现今的电子应用通常需要不止一个5 V或3.3 V的电源电压，需要10、20或更多的电压也很常见。除此之外还有具有相同电压电平，但必须作为域单独生成的电压域——也就是说，这些电压必须生成两次。一个例子是实现两个相同的电压来为模拟和数字负载供电。这种分离可以防止相互干扰，并在不同时间为不同负载提供能量。
在具有多个电源电压的系统中，监控不同电压的能力将很重要。在只有两个电压域的系统中看似微不足道的事情，对于众多电压来说将变得非常复杂。因此，许多序列发生器件还必须具有内置监控器或电压监控功能。
ADI的ADM1186-1模拟序列发生器IC可以控制和监控四个电压域，电压的上电和断电是通过控制相应电压转换器上的启用（开／关）引脚来执行的。电压转换器的开启时间，可以通过使用小电容器的时间延迟进行调整，相应的输出电压通过相应的监控引脚进行监控，建立所有电压后，序列发生器电路会生成电源良好信号。
ADM1186-1等模拟排序解决方案相当易于使用，具有多电压系统所需的所有功能。它们与数字序列发生器的不同之处，在于它们的设计不太复杂，并且系统中需要较少的数字监控功能。例如，他们可以在没有PMBus或类似协议的情况下工作。在具有四个以上电压域的系统进行排序和监控时，可以按顺序组合多个ADM1186-1电路，并且可以将任意数量的ADM1186-1序列发生器连接在一起。
ADM1186-1的突出之处在于它还支持上电期间的完整排序，以及在链接应用中使用时的断电，类似的解决方案可以提供链接各种排序器IC的可能性，但它们仅提供单个电压的受控上升，而不是受控的降序，即在这种菊花链链接模式中关闭电压。
高度可配置、多输出级联降压转换器
自从ADI并购了Linear之后，将Linear的电源产品与ADI的电源管理产品相结合，可为客户带来最好的电源方案。像是LTC3372便是一款高度集成的DC-DC转换器解决方案，适用于汽车、电信、工业和其他需要从高达60V的输入电压获得多个低压轨的应用。LTC3372在其耐热增强型48引脚、7 mm × 7 mm封装中包含高压和低压转换器系统。高压（HV）降压控制器可将高达60V的输入电压降压至引脚编程的5V或3.3V，然后使用该5V或3.3V输出为LTC3372的可配置、多输出、多相供电低压（LV）单片降压稳压器。
LTC3372的这个低电压部分由八个1 A、可并联的功率级组成。这些级可以多种方式排列以提供两个、三个或四个信道，每个信道由一到四个级组成，具体取决于每个信道的负载要求，最多可以实现设置八种不同的配置。这种级别的灵活性允许设计人员使用一个IC来进行各种设计，同时使用最少的外部组件和较小的总体占用空间。此外，每个通道的输出可设置为0.8 V至LVIN。开关频率范围为1 MHz至3 MHz。
LTC3372为设计人员提供了一个灵活、高度集成的解决方案，用于从高输入电压提供多个输出。其HV转换器可以从高达60 V的输入电压提供5 V或3.3 V输出。从这个中间轨，单片LV稳压器可以提供多达四个输出，最大输出电流范围为1 A至4 A，电压低至0.8 V。
结语
功率转换是电子产品设计的关键工作，采用好的功率设计与采用合适的功率转换器件，将是产品设计成功的基础。本文介绍的多款ADI功率转换器件，将可满足您在不同应用的各种需求，值得您进一步深入了解与采用。
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