环球电气之家-午夜精彩视频-中国专业电气电子产品行业服务网站!

產品分類

當前位置: 首頁 > 工業控制產品 > 液壓與流體控制 > 工業泵 > 往復泵

類型分類:
科普知識
數據分類:
往復泵

擁有超低電磁輻射的高壓充電泵

發布日期:2022-04-27 點擊率:72

【導讀】開關穩壓器由于尺寸、輸出靈活性和效率優勢,成為很多電源轉換電路的流行選擇。視運行條件的不同而不同,這類電源的轉換效率現在可以達到 98% 的水平。但是,盡管有這些優勢,這類電源還必須在其他參數上做出妥協,其中最難的一個就是噪聲。


什么是開關穩壓器的“噪聲”? 為了更好地理解這個術語,讓我們從開關模式電源產生寬帶諧波能量這一事實入手。這種人們不想要的能量以兩種形式出現,即輻射和傳導,在業界,它們通常被稱為“噪聲”。然而,這個名稱并不夠準確,因為開關穩壓器的輸出“噪聲”根本就不是噪聲,而是直接與穩壓器的開關切換有關的、自然而然剩余的高頻分量。這種現象的正確叫法是電磁輻射,或者更常見的叫法是 EMI。而且,確實,EMI 有輻射和傳導兩種形式。

既然在很多電路應用中,要實現最佳性能,無噪聲、良好穩壓的電源非常重要,那么能夠降低在這種轉換過程必然存在的噪聲也就非常重要了。降低噪聲的一種顯然方式是使用線性穩壓器。然而,盡管線性穩壓器提供噪聲很低的電源軌,但是在高降壓比時,其轉換效率不佳,這在大輸出電流應用中,可能導致設計出現熱量問題。

相應地,開關穩壓器通常比線性穩壓器的轉換效率高,因此當最終應用需要大輸出電流時,開關穩壓器的熱量設計會更簡單。人們能夠很好地理解,在決定幾乎所有電源成敗時,組件選擇和電路板布局發揮了非常重要的作用。這些方面決定了運行時的 EMI 和熱量表現。對外行而言,開關電源布局也許看似魔法,但實際上,在設計初期,這常常是被忽視的一個基本方面。既然總是必須滿足運行時的 EMI 要求,那么對電源運行穩定性有好處的事,通常對降低 EMI 輻射也是有好處的。此外,從一開始就確定一個良好的布局,不會給設計增加任何成本,而且實際上,由于無需 EMI 濾波器、機械屏蔽、EMI 測試時間和無數次修改電路板,因此還有可能節省了成本。

另外,在一個設計中采用多個開關模式 DC/DC 穩壓器以產生多個軌時,如果這些穩壓器并聯,以均分電流并提供更大的輸出功率,那就有可能加重噪聲引起的潛在干擾問題。如果所有穩壓器都以一個相似的頻率運行 (切換),那么電路中多個穩壓器合起來產生的能量就有可能集中在一個頻率附近。這種能量的存在可能會成問題,尤其是如果印刷電路板 (PCB) 上其余 IC 以及其他系統電路板相互靠得很近而易于受到這種輻射能量影響時。在工業和汽車系統中,這尤其有可能造成麻煩,因為這類系統都是密集排列的,而且非常靠近電噪聲源,例如機械切換的電感性負載、PWM 驅動功率輸出、微處理器時鐘和觸點切換。此外,如果以不同頻率切換,那么互調分量有可能混疊到敏感頻段中。

開關穩壓器輻射

在工業、醫療和汽車環境中,散熱少、效率高對應用很重要,因此通常用開關穩壓器替代線性穩壓器。此外,開關穩壓器一般是輸入電源總線上的第一個有源組件,因此對整個產品設計的EMI性能有很大的影響。

傳導輻射依賴于連接到產品上的導線和走線。既然噪聲局限于設計中的特定端子或連接器,那么如上面已經提到的那樣,在開發過程中,常常可以通過良好的布局或濾波器設計,相對較早地確保滿足傳導輻射要求。

輻射 EMI 則完全是另一回事。電路板上攜帶電流的所有東西都輻射電磁場。電路板上的每一條走線都是天線,每一個銅平面都是諧振器。除了純正弦波或 DC 電壓,任何信號都產生遍布信號頻譜的噪聲。即使進行了仔細設計,在系統進行測試之前,電源設計師也從不會真正知道輻射 EMI 有多嚴重。而直到設計基本完成,才會正式進行輻射 EMI 測試。

濾波器常常用來降低 EMI,降低某個頻率或某個頻率范圍內的干擾強度。通過增加金屬屏蔽和磁屏蔽,可以衰減經由空間輻射的那部分能量。通過增加鐵氧體珠和其他濾波器,可以降伏依賴 PCB 走線的那部分能量 (傳導輻射)。EMI 不可能徹底消除,但是可以衰減到其他通信、信號處理和數字組件可接受的水平。此外,為了確保符合工業和汽車系統要求,幾家監管機構執行了一些標準。

采用表面貼裝技術的新式輸入濾波器組件比通孔式組件性能高。然而,這種改進卻抵不過今天高頻開關穩壓器日益提高的要求。在更高的工作頻率上要求非常短的最短接通和斷開時間,導致因開關轉換更快而帶來更高次諧波分量,因此增大了輻射噪聲。不過,要獲得更高的轉換效率,就需要這樣高的開關速度。開關電容器充電泵沒有這種問題,因為這種充電泵以低得多的開關頻率工作,而且最重要的是,可以容許較慢的開關切換而不會降低效率。

熟練的 PCB 設計師會設計很小的熱環路,并使屏蔽接地層盡可能靠近激活層。然而,要在去耦組件中存儲充足的能量,對器件引腳布局、封裝結構、熱設計和封裝尺寸就會有一定的要求,這些要求決定了最小熱環路尺寸。使問題更加復雜的是,在典型平面印刷電路板中,走線之間高于 30MHz 的磁性或變壓器型耦合將減弱所有濾波效果,因為諧波頻率越高,不希望的磁耦合就越有效。

解決 EMI 問題的另一種方案

已嘗試過真正解決 EMI 問題的方法是,針對整個電路采用屏蔽盒,即使這樣,屏蔽也不能完全防止對盒內敏感電路的耦合。當然,這提高了成本、增大了所需電路板空間、使熱量管理和測試更加困難并增加了額外的組裝費用。另一種經常使用的方法是降低開關速度。這種方法會產生一些不希望的效應,即降低效率,延長最短接通 / 斷開時間以及相關的停滯時間,因此降低了潛在的電流控制環路速度。

在某些噪聲應用中,由于相關的 EMI 輻射,電源設計師不喜歡使用基于電感器的穩壓器。同時,由于相對低的轉換效率和需要散熱器,線性穩壓器 (即 LDO) 也有可能被排除在外。結果,設計師們轉向了另一種常見和稱為充電泵的方法。

充電泵已經出現幾十年了,它們提供 DC/DC 電壓轉換,用開關網絡給兩個或更多電容器充電和放電。基本充電泵開關網絡在電容器的充電和放電狀態之間切換。如圖 1 所示,C1 是“浮動電容器”,運送電荷,C2 是“存儲電容器”,保存電荷,并對輸出電壓濾波。增加“浮動電容器”和開關陣列會實現多種好處。


擁有超低電磁輻射的高壓充電泵
圖 1:一個電壓反相器的簡化充電泵方框圖


當開關 S1 和 S3 接通或斷開時,開關 S2 和 S4 斷開或接通,輸入電源給 C1 充電。在下一個周期中,S1 和 S3 斷開,S2 和 S4 接通,電荷傳送到 C2,產生 VOUT = -(V+)。

高壓充電泵

LTC3245 是一款降壓-升壓型穩壓器,丟棄了傳統上使用的電感器,而采用了一個開關電容器充電泵。其輸入電壓范圍為 2.7V 至 38V,可在沒有反饋分壓器的情況下使用,以產生 3.3V 或 5V 這兩個固定輸出電壓之一,或者通過反饋分壓器設定為 2.5V 至 5.5V 范圍內的任何輸出電壓。最大輸出電流為 250mA(圖2)。LTC3245 能夠調節高于或低于輸入電壓的輸出電壓,從而能夠滿足汽車冷車發動需求。


擁有超低電磁輻射的高壓充電泵
圖 2:LTC3245 原理圖,從 2.7V 至 38V 輸入提供固定 5V 輸出


這個充電泵用 12V 電源提供 5V/100mA 輸出時,能實現 80% 的效率,這幾乎是線性穩壓器的兩倍,從而有可能避免像帶散熱器的 LDO 那樣高之空間和成本要求。該充電泵滿負載時功耗幾乎低 LDO 三倍。參見圖 3 的 LTC3245 效率和功耗曲線。


擁有超低電磁輻射的高壓充電泵
圖 3:12V 輸入至 5V 輸出時,LTC3245 效率 / 功耗曲線


LTC3245 還具備出色的輻射和傳導 EMI 性能,如圖 4 和5 所示。這些測量結果是在一個符合 CISPR22 和 CISPR25 要求的微型容器中得出的。正如能夠看到的那樣,恰當地去耦合以后,在滿足政府的輻射和傳導 EMI 監管法規要求方面,LTC3245 不會產生任何問題。


擁有超低電磁輻射的高壓充電泵
圖 4:LTC3245 的輻射EMI 圖5: LTC3245 的傳導EMI


在很多工業、醫療和汽車應用中,運算放大器、驅動器和傳感器等電子產品常常需要雙極性電源。不過,罕有可用于負載點處的雙極性電源。由于這種需求以及由于缺少簡便易用的解決方案,凌力爾特公司開發了 LTC3260。

LTC3260 是一款負輸出充電泵 DC/DC 轉換器,具備兩個低噪聲 LDO 穩壓器跟隨器,可用單一 4.5V 至 32V 輸入電源產生正和負電源,如圖 6的完整原理圖所示。該器件可以在高效率突發模式 (Burst Mode?) 運行和低噪聲恒定電流頻率模式之間切換,從而允許設計師針對應用做出最佳權衡。

LTC3260 可用反相輸入電壓在充電泵輸出 VOUT 端提供高達 100mA 電流。這個 VOUT 還作為負 LDO 穩壓器 LDO- 的輸入電壓。充電泵頻率可用單個電阻器在 50kHz 至 500kHz 范圍內調節。LTC3260 的每個 LDO 都可支持高達 50mA 的負載。而且,每個 LDO 在 50mA 時都有 300mV 壓差電壓,輸出電阻器分壓器網絡可用來設定輸出電壓。當兩個穩壓器都禁止時,停機靜態電流僅為 2μA。

擁有超低電磁輻射的高壓充電泵
圖 6:12V 輸入電源至 ±5V 輸出




【推薦閱讀】

為電過應力事件提供高效浪涌保護
便攜式設備充電電路的分立器件保護方案
鋰電池充電原理及合適充電電壓電流的選擇
USB 電池充電基礎——應急指南
為便攜式系統設計線性鋰離子電池充電器




下一篇: PLC、DCS、FCS三大控

上一篇: 深度剖析激光切割中焦

推薦產品

更多
主站蜘蛛池模板: 巨野月嫂-家政公司-巨野县红墙安康母婴护理中心 | 压砖机、液压制砖机、静压砖机、环保砖机生产厂家—杜甫机械 | KBX-220倾斜开关|KBW-220P/L跑偏开关|拉绳开关|DHJY-I隔爆打滑开关|溜槽堵塞开关|欠速开关|声光报警器-山东卓信有限公司 | 尚为传动-专业高精密蜗轮蜗杆,双导程蜗轮蜗杆,蜗轮蜗杆减速机,蜗杆减速机生产厂家 | 剪刃_纵剪机刀片_分条机刀片-南京雷德机械有限公司 | 石油/泥浆/不锈钢防腐/砂泵/抽砂泵/砂砾泵/吸砂泵/压滤机泵 - 专业石油环保专用泵厂家 | 智能监控-安防监控-监控系统安装-弱电工程公司_成都万全电子 | 智能气瓶柜(大型气瓶储存柜)百科 | 碳化硅,氮化硅,冰晶石,绢云母,氟化铝,白刚玉,棕刚玉,石墨,铝粉,铁粉,金属硅粉,金属铝粉,氧化铝粉,硅微粉,蓝晶石,红柱石,莫来石,粉煤灰,三聚磷酸钠,六偏磷酸钠,硫酸镁-皓泉新材料 | 成都亚克力制品,PVC板,双色板雕刻加工,亚克力门牌,亚克力标牌,水晶字雕刻制作-零贰捌广告 | 户外环保不锈钢垃圾桶_标识标牌制作_园林公园椅厂家_花箱定制-北京汇众环艺 | 成都茶楼装修公司 - 会所设计/KTV装修 - 成都朗煜装饰公司 | 济南电缆桥架|山东桥架-济南航丰实业有限公司 | 深圳天际源广告-形象堆头,企业文化墙,喷绘,门头招牌设计制作专家 | 东莞工作服_东莞工作服定制_工衣订做_东莞厂服 | 北京普辉律师事务所官网_北京律师24小时免费咨询|法律咨询 | 高压分散机(高压细胞破碎仪)百科-北京天恩瀚拓 | 粤丰硕水性环氧地坪漆-防静电自流平厂家-环保地坪涂料代理 | 美国PARKER齿轮泵,美国PARKER柱塞泵,美国PARKER叶片泵,美国PARKER电磁阀,美国PARKER比例阀-上海维特锐实业发展有限公司二部 | 泰安办公家具-泰安派格办公用品有限公司 | 气动隔膜泵-电动隔膜泵-循环热水泵-液下排污/螺杆/管道/化工泵「厂家」浙江绿邦 | 上海单片机培训|重庆曙海培训分支机构—CortexM3+uC/OS培训班,北京linux培训,Windows驱动开发培训|上海IC版图设计,西安linux培训,北京汽车电子EMC培训,ARM培训,MTK培训,Android培训 | 广东机电安装工程_中央空调工程_东莞装饰装修-广东粤标建设有限公司 | 动库网动库商城-体育用品专卖店:羽毛球,乒乓球拍,网球,户外装备,运动鞋,运动包,运动服饰专卖店-正品运动品网上商城动库商城网 - 动库商城 | 防水套管|柔性防水套管|伸缩器|伸缩接头|传力接头-河南伟创管道 防水套管_柔性防水套管_刚性防水套管-巩义市润达管道设备制造有限公司 | 河南空气能热水器-洛阳空气能采暖-洛阳太阳能热水工程-洛阳润达高科空气能商行 | 北京包装设计_标志设计公司_包装设计公司-北京思逸品牌设计 | 机房监控|动环监控|动力环境监控系统方案产品定制厂家 - 迈世OMARA | 超声波破碎仪-均质乳化机(供应杭州,上海,北京,广州,深圳,成都等地)-上海沪析实业有限公司 | 谷歌关键词优化-外贸网站优化-Google SEO小语种推广-思亿欧外贸快车 | 盐水蒸发器,水洗盐设备,冷凝结晶切片机,转鼓切片机,絮凝剂加药系统-无锡瑞司恩机械有限公司 | 裹包机|裹膜机|缠膜机|绕膜机-上海晏陵智能设备有限公司 | 环讯传媒,永康网络公司,永康网站建设,永康小程序开发制作,永康网站制作,武义网页设计,金华地区网站SEO优化推广 - 永康市环讯电子商务有限公司 | 防爆电机生产厂家,YBK3电动机,YBX3系列防爆电机,YBX4节防爆电机--河南省南洋防爆电机有限公司 | 拖链电缆_柔性电缆_伺服电缆_坦克链电缆-深圳市顺电工业电缆有限公司 | 对辊破碎机-液压双辊式,强力双齿辊,四辊破碎机价格_巩义市金联机械设备生产厂家 | 合肥宠物店装修_合肥宠物美容院装修_合肥宠物医院设计装修公司-安徽盛世和居装饰 | 飞行者联盟-飞机模拟机_无人机_低空经济_航空技术交流平台 | 杭州|上海贴标机-百科 | 杭州中央空调维修_冷却塔/新风机柜/热水器/锅炉除垢清洗_除垢剂_风机盘管_冷凝器清洗-杭州亿诺能源有限公司 | 工业制氮机_psa制氮机厂家-宏骁智能装备科技江苏有限公司 |