#電源設計 #可攜式裝置電池 #同步升降壓轉換器 #低壓差線性穩壓器LDO #單端主電感轉換器SEPIC #最大功率點控制MPPC
【告別多個電源轉換器!升壓、降壓同步讓系統電壓更穩定】
由於存在非理想或多個輸入電源、暫態干擾及儲存元件充放電,DC/DC 轉換器的輸入電壓往往在寬廣的範圍內產生變化,升降壓 DC/DC 轉換器是電源設計者用來因應此類變化的最有用工具之一。單一電感、同相升降壓轉換器可無縫降低或升高輸入電壓並調節輸出電壓——無論輸入高於、等於或低於輸出時,升降壓轉換器都能彈性因應,可代替兩個 IC (一個單獨的降壓轉換器或一個低壓差線性穩壓器 LDO,加上一個升壓轉換器),進而大幅度延長可攜式系統的電池壽命,亦可節省印刷電路板 (PCB) 上佔用的空間/面積。
在多個潛在電源的情況下,升降壓轉換器會依電源不同,在完全降壓或升壓模式下運行;但在電源備份應用中,儲存元件放電的放電電壓曲線橫跨所需要的固定輸出,升降壓轉換器將採兩種模式操作。除了消費性產品外,不同應用電源配置的輸入/輸出電壓範圍變化都很大;例如,標準工業電源匯流排電壓為 24V 或 12V。大多數系統都需要多個良好穩定的電源軌供電,較低電壓的電源軌一般由降壓穩壓器或 LDO 供電;不過,若是為感測器和類比元件 (運算放大器、電動機或收發器) 供電,就需要「穩定的」電源軌。
取決於電源匯流排狀態或系統組態,很多這些系統既需要降壓轉換、又需要升壓轉換;升降壓轉換器能彈性運用各種輸入電源運行,將設計中所需的電源轉換器數量和物料清單中的數目降至最低。在汽車應用中,12V 汽車電池是所有電子系統的主電源;但標稱 12V 在冷啟動時可能降至 3V、在拋載時可能上升至近 40V (受到暫態電壓抑制器的限制),這種環境對電子產品造成嚴酷考驗。很多內部系統都會遇到 24V 雙倍的電池電壓 (例如拖車快速啟動時)。這些極端電壓情況及引擎罩內可能出現的極端高溫,都要求使用堅固可靠的電子系統。
因此,採用「升降壓轉換器」產生系統電壓是審慎作法。航空/軍用環境也可能藉不同電池配置和太陽能電池板運行,故電源亦須因應非常寬廣的輸入電壓範圍;另有些應用要求接受多種不同輸入源,以便任何能源都可自動為系統供電,這類系統一般還要求寬廣的工作溫度。長久以來,既需降壓、又需升壓運行的設計一直是透過多個電源轉換器實現;儘管也能使用 SEPIC (單端主電感轉換器) 等可替代性拓撲、設計上亦較簡單,但效率比同步升降壓轉換器約低 10%,且需兩個電感和一個大電流耦合電容,將提高複雜性和潛在雜訊並縮短電池壽命。
延伸閱讀:
《以新型超低 IQ 升降壓轉換器超越傳統供電方案》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0713/36006.html
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電容放電工具 在 COMPOTECHAsia電子與電腦 - 陸克文化 Facebook 的精選貼文
#汽車電子 #電源管理 #車載資訊娛樂系統 #USB電池短路保護
【善用設計工具,給予車載 USB 電池全方位保護】
USB 介面一直是車載資訊娛樂系統架構的基本要素,製造商針對這種以消費者為中心的介面有更嚴格的保護機制需求。其中需要防範的包括在組裝、製造或維修過程中的防止汽車電池發生短路。例如,當連結汽車音響主機至不同連接模組的長線天線受損,會讓主要汽車電池所有的針腳短路至 12V。其它潛在的故障機制包括使用不合規的轉接器、電纜或充電器;USB 連接器或電纜的機械扭曲;或任何掉進連接器,並將資料線短接到 VBUS 的碎屑。
在為 USB 電池短路保護機制進行設計時,需牢記三個面向:
1. 保護機制解決方案的頻寬:「訊號完整性」是設計工程師在車用 USB 應用中最大挑戰之一。USB 2.0 支援高達 480 Mbps 的資料傳輸速率,電線內任何多出的少量電容都會扭曲訊號,造成資料傳輸失敗。設計師必須尋找能保持最佳訊號完整性,並防止敏感的電子產品受到高電壓和電流尖波影響的解決之道。透過眼圖來分析線路電容對頻寬的影響,測量最小和最大電壓電平及抖動,能找出 USB 資料線傳輸中的任何問題。
2. 鉗位電壓和回應時間的行為:確保鉗位電壓低到足以保護下游電路免於任何電池短路或靜電放電 (ESD) 事件,並應設計能快速關閉過電壓的場效電晶體 (FET),以保護上游系統單晶片 (SoC) 免受有害電壓和電流尖峰影響。
3. 過電流和接地短路的特性:選擇不良的過電流保護電路將拖延產品上市的時間。發生過電流期間,流經系統側的大量電流量可能導致上游 5V 軌電壓的起伏或斷電,並可能降低或重置多個連接到共用導軌的積體電路 (IC)。在短對地的情形下,過電流保護裝置的目的在於限制 USB 埠可汲取的電流量。此外,USB 2.0 規範要求在任何 USB 供電設計中使用過電流保護裝置。
妥善考慮上述關鍵,能讓 OEM 廠商的安裝啟用更容易,並縮短產品上市時間;而藉由供應商所提供的線上設計資源及查詢工具,可協助設計者迅速找出符合需求的電源/類比元件,方框圖、測試資料和設計文檔一應俱全,並可即時試算、產出設計架構原型,是提升設計效率之得力幫手:http://compotechasia.com/microsite/TI
延伸閱讀:
《防止車用USB 電路電池短路故障—第1 部分》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0220/34699.html
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