在消费类电子产品中(例如音频类、机顶盒、数字电视、打印机等),白色家电以及12V和24V分布式电源总线供电系统中,都需要例如12V、5V、3.3V的系统电源。电源方案一般都是市电输入,经过AC/DC转换,然后再进行电压变换来获得我们需要的系统电源(12V、5V、3.3V等),为了稳定和方便,有时候会使用LDO,或者自己使用DC/DC变换器来进行降压设计。对于LDO,它的优点我们很清楚了解,那就是良好的线性稳压,成本低,噪音低,静态电流小。缺点就是效率低,有时还需要散热片。比如当12V输入,3.3V1A输出的时候,这时候LDO的功耗就是(12-3.3)*1=8.7W,此时的效率非常之低。而使用DC/DC方案,需要自己设计,选择元器件和测试,还得考虑EMI。此时我们可以考虑德州仪器(TI)的DC/DC电源模块方案。
德州仪器(TI)的TPSM842xx 电源模块是一种简单易用的集成式电源解决方案, 它将 1.5A DC/DC转换器与功率MOSFET、 电感器和无源器件整合在一个 3 引脚的穿孔插入式封装内(TO-220封装), 省去了设计过程中的环路补偿和磁性元件选择,和7805等TO-220封装的LDO引脚兼容,可以直接替换,无需更改PCB布线,直接提升效率和热性能。
该电源模块系列工作-40°C到85°C的环境温度下,集成了过流保护,输出过压保护,以及温度保护;开关频率为固定的400KHz的,我们知道,开关频率越高,尺寸能更小,输出纹波就能更小。最高可达95%的效率,这是LDO不可比拟的。在轻载时,可工作在高级 Eco-mode™ 脉冲跨周期模式下,从而达到更高效率。
下图分别是电源模块内部框图和典型应用:
内部框图 典型应用框图
电源模块内部集成了高低端的MOSFET以及电感,我们只需要加入相应的输入电容和输出电容即可,简单,方便,易用。 工作温度:-40°C to 85°C, Vin=24V,Iout(max)=1.5A, Cin=0.1uF 50V 和10uF 50V 陶瓷电容,100uF 35V 电解电容, Cout=2x47uF 16V 陶瓷电容下,
输出电压 Vout | | | | | | | | | | | | –40°C ≤ TA ≤ 85°C, IOUT = 0 A | | | Over VIN range, IOUT = 1 A | | | | | | 20 MHz bandwidth, peak-to-peak, IOUT > 500 mA | |
| | 1A/us负载step,从25%到75%Iout(max),Cout=94uF | |
1. 输出电压特性如下: 从结果可知,模块电压随着温度的变化率为0.4%,线性调整率为0.4%,负载调整率0.5%,纹波电压15mV左右,这个性能满足所有的系统电源要求是没有任何问题的。 (关于纹波和瞬态响应,TPSM84203/05需要2个47uF的输出陶瓷电容,TPSM84212只要一个47uF的输出陶瓷电容。使用2个47uF的输出电容,纹波电压在15mV左右,电流以1A/us的斜率从0.375A到1.125A的负载突变时,电源模块过压或者欠压4%的Vout,100uS恢复Vout输出,。当然,如果为了更低纹波和快速瞬态响应,可以相应添加额外的输出电容。) 2. 纹波是随着输出电流变化而变化,所以在不同电流下,实际测试纹波电压如下:
模块纹波电压都在输出电压的1%以内,足够满足系统对电源的纹波要求。 3. 模块的效率: 我们可以从实际的测试曲线中看到更多关于效率的信息: 模块有着非常高的效率,从而也不需要散热片进行散热。客户可以根据需要自行选择三个模块。 4. EMI(电磁干扰)特性: 模块采用了频率抖动技术,以780Hz的调制率在开关频率400Khz的+-6%范围内抖动,从而降低EMI发射的幅值,该模块符合EN55022 Class B辐射发射,不用担心EMI问题从而导致设备辐射不过而需要整改。 如下图片是在垂直和水平极化的天线下的EMI测试曲线,为消除输入输出影响,模块使用铅酸电池供电,阻性负载测试。(红色为水平极化天线,绿色为垂直极化天线)
模块的EMI特性有很大的裕量,使用该模块也不用担心EMI设计问题,从而避免了工程师自己设计DC/DC电路的EMI处理。 TPSM84203/05/12集成电源模块简单,并且整合在三引脚的穿孔式封装(和7805等TO-220封装的LDO完全兼容,无需更改PCB布线,可以直接替换),省去了设计过程中的环路补偿和磁性元件选择,符合EN55022 Class B,并且还有很多的裕量,在不需要散热片的情况下可以达到更高的效率,工程师朋友可以根据需要可以放心选用。
小贴士:
在使用这个电源模块的时候,为了获得更好的电气和温度性能,TI在layout方面推荐如下几点: • 对电源平面(VIN,VOUT,和GND)大面积布线从而降低线路传导损耗和热应力
• 将输入和输出电容靠近模块Pin脚,减少高频噪声
• 将额外的输出电容放置在陶瓷电容和负载之间
• 使用大量过孔练级电源层和内部层进行散热 |