安森美半导体论汽车电源设计挑战及考量

时间:2022-03-15作者:佚名

线性方案对比开关方案(SMPS)及设计考量

在电源转换过程中不可避免地会发热,稳压器散热会损失一部分功率,这样输出功率就不可能等于输入功率。传统的线性稳压器在此过程中会耗散大部分能量,已无法满足当前高功率需求类的应用。我们假定采用线性稳压器时需要2.5 W的额定功率,以及5 V输出电压和0.5 A输出电流,那么需提供6 W的输入功率,能效(即输出功率除以输入功率的比值)仅为41%,损失高达59%!而同样情况下,开关电源仅需2.8 W的输入功率,能效高达90%。

因此,设计工程师可采用开关电源提高系统能效,但是开关方案也有弊端,由于其复杂的反馈回路,外部元件较线性方案多且需要更多的PCB面积,再加上开关的性质导致其降噪性能差,在设计过程中需从反馈回路设计、外部元件数、PCB面积、瞬态电流及电磁干扰等方面考虑,以减轻其弊端。

1.反馈回路设计

为匹配输出阻抗的后稳压器选择合适的负输入电阻以避免振荡,达到稳压输出的目的;

有效使用仿真工具以了解频域中的频率补偿;频率补偿可通过选择单极响应控制方案来实现。

2.外部元件数

集成的电源开关可减小布线尺寸,功耗比板外电源开关更低,且更易于设计。

3.线路板面积

减小电感和电容的尺寸,占板面积得以减小,且开关频率增加,使能效得以提升,同时减弱PCB电磁辐射和电磁干扰。但需注意尽量使导通和开关损耗最小化,降低噪声。

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