电源

<strong>引言</strong>

如今的电子系统变得越来越复杂，电源轨和电源数量都在不断增加。为了实现最佳的电源方案密度、可靠性和成本，系统设计师常常需要自己设计电源解决方案，而不是仅仅使用商用砖式电源。设计和优化高性能开关模式电源正在成为越来越频繁、越来越具挑战性的任务。

电源环路补偿设计常常被看作是一项艰难的任务，对经验不足的电源设计师尤其如此。在实际补偿设计中，为了调整补偿组件的值，常常需要进行无数次迭代。对于一个复杂系统而言，这不仅耗费大量时间，而且也不够准确，因为这类系统的电源带宽和稳定性裕度可能受到几种因素的影响。本应用指南针对开关模式电源及其环路补偿设计，说明了小信号建模的基本概念和方法。本文以降压型转换器作为典型例子，但是这些概念也能适用于其他拓扑。本文还介绍了用户易用的 LTpowerCADTM 设计工具，以减轻设计及优化负担。

<strong>Victor Khasiev</strong>

在嵌入式系统需要可靠供电的电信、工业和汽车应用中，数据丢失是一个关切的问题。供电的突然中断会在硬盘和闪存器执行读写操作时损坏数据。设计师常常使用电池、电容器和超级电容器来存储足够的能量，以在供电中断期间为关键的负载提供短期电源支持。

LTC®3643 备份电源使设计师能够采用一种相对便宜的储能元件：低成本电解电容器。在这里提及的备份电源或保持电源中，当电源存在时，LTC3643 把存储电容器充电至 40V，而当电源中断时，LTC3643 则把该存储电容器的电能释放给关键的负载。负载 (输出) 电压可设置为介于 3V 和 17V 之间的任何电压。

LTC3643 可容易地适用于 5V 和 12V 电压轨的备份解决方案，但是 3.3V 电压轨解决方案则需要格外谨慎。LTC3643 的最小工作电压为 3V，比较接近于 3.3V 的标称输入电压电平。如图 1a 所示，当采用一个隔离二极管以使备份电压电源与非关键的电路分离时，这种余量就太严紧了。如果 D1 是一个肖特基二极管，其正向压降 (作为负载电流和温度之函数) 会达到 0.4V 至 0.5V，足以把 LTC3643 VIN 引脚上的电压置于 3V 最小值以下。因此，备份电源电路可能无法启动。

<strong>Scott Jackson</strong>

<strong>引言</strong>

多电压电子繫統常常需要進行復雜的電源電壓跟蹤或排序，如果未能滿足該要求，則會導致繫統出錯，或甚至在使用現場引發永久性的故障。在滿足這些要求過程中所遇到的設計難題經常存在於分布式電源架構中，這裡的負載點 (POL) DC/DC 轉換器或線性穩壓器散布於 PC 板空間中，有時還會位於不同的電路板平面上。問題是：在電路板的布局過程中，電源電路往往是最後一個設計的電路，因此，不管所剩的電路板面積如何之小，都得把它硬塞進去。通常需要采用一種簡單、引腳兼容的靈活解決方案來滿足這些要求。

LTM4644 是一款 4 输出 4A 降压型 µModule 稳压器，该器件采用小型 9 x 15 x 5.01mm BGA 封装，其可配置为四输出、三输出、双输出或单输出电源。在单个封装中提供多种输出选项可满足 FPGA、ASIC和图像传感器的需要。通过本视频我们看到：当被配置为一个四输出电源时，LTM4644 可采用一个 12V 输入同时在全部 4 个通道上提供完整的 4A 输出，而在环境温度基础上的温升仅为 58°C。

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随着汽车电子系统中电流水平的持续增加，由于存在高功耗和散热问题，设计师因而不再能使用传统的隔离肖特基二极管。

LT8672 是一款具反向电流保护功能的有源整流器控制器，这可替代二极管。 LT8672 在 3V 至 42V 的输入范围内工作，静态电流仅为 20µA。该器件可保护负载免遭高达 –40V 反向输入电压的损坏。正向电压降被调节至 20mV。由于其具有针对外部 MOSFET 正向电压变化的快速响应，因此该控制器能对幅度高至 2VP-P (高达 100kHz) 或 6VP-P (高达 50kHz) 输入纹波进行整流。

低功耗、快速瞬态响应、和小巧的解决方案尺寸使 LT8672 成为汽车应用的理想选择。

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<strong>作者：Michael Anderson</strong>

精密模拟设计人员常常依赖安静低噪声的基准电压源来为DAC和ADC转换器供电。这项任务不在基准电压源的基本职责范围内，其表面上的设计目的是为实际电源提供干净精确的稳定电压，即电源转换器的基准输入。考虑一些注意事项，基准电压源通常能够胜任为转换器基准输入提供精密电压的工作，这使得设计人员可以大胆地要求基准电压源为电流越来越高的应用供电。毕竟，如果基准电压源可以为转换器供电，为什么不能为模拟信号链、其他转换器或其他电路供电呢？

任何设计流程通常都涉及到精度与功耗的选择。为了做出选择，粗略方法建议：当要求精度时使用基准电压源，当要求毫瓦级功耗时使用LDO。除了需要额外的电路板空间和成本以外，还必须为不同的信号布线，无论其标称电压相同与否。如果需要一个高精度电压源来提供毫瓦级功耗，设计人员将不得不缓冲基准电压源。LT6658通过提供两路低噪声、高精度输出来解决这一难题，其合并输出电流为200 mA，且具有世界一流的基准电压源规格。

<strong>作者：Subodh Madiwale ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

一般而言，在高输出电流隔离式DC-DC电源应用中，使用同步整流器（尤其是MOSFET）是主流趋势。高输出电流还会在整流器上引入较高的di/dt。为了实现高效率，MOSFET的选择主要取决于导通电阻和栅极电荷。然而，人们很少注意寄生体二极管反向恢复电荷(Qrr)和输出电容(COSS)。这些关键参数可能会增大MOSFET漏极上的电压尖峰和振铃。

一般而言，随着MOSFET击穿电压额定值的增大，导通电阻也会增大。本文提出一种数控有源钳位吸收器。该吸收器既可消除同步整流器上的电压尖峰和振铃，还能发挥设计指南作用；在隔离式DC-DC转换器（如半桥和全桥拓扑结构）中拥有多种其他优势，同时还能提高可靠性，降低故障率。

<strong>简介</strong>

在高电流背板应用中要求实现电路板的带电插拔，这就需要兼具低导通电阻 (在稳态操作期间) 和针对瞬态情况之高安全工作区 (SOA) 的 MOSFET。通常，专为拥有低导通电阻而优化的新式 MOSFET 并不适合高 SOA 热插拔应用。

LTC®4234 是一款针对热插拔 (Hot Swap™) 应用的集成型解决方案，其允许电路板在带电背板上安全地插入和拔出。该器件把一个热插拔控制器、功率 MOSFET 和电流检测电阻器集成在单个封装中，以满足小型化应用的要求。对 MOSFET 的安全工作区进行了生产测试，并保证其能承受热插拔应用中的应力。

LTC4234 的 3.3mΩ 内部 MOSFET 和 0.7mΩ 检测电阻器可支持高达 20A 的负载电流。在该电流水平下，LTC4234 的功率耗散为：

PD = I2 · R = (20A)2 · (3.3mΩ + 0.7mΩ) = 1.6W

对于期望实现较低功率耗散的应用，图 1 所示的电路增设了一个与 LTC4234 的内部 MOSFET 相并联的外部低电阻 MOSFET，旨在把功率耗散降至低于：

PD = I2 · R = (20A)2 · ((3.3mΩ || 0.9mΩ) + 0.7mΩ) = 0.56W

<strong>Henry J. Zhang</strong>

<strong>摘要</strong>

本文希望帮助那些对电源设计和选择可能不很熟悉的系统工程师，理解线性稳压器和开关模式电源 (SMPS) 的基本概念。文章说明了线性稳压器和 SMPS 的基本工作原理，并讨论了每种解决方案的优势和劣势。以降压型转换器为例，进一步解释了开关稳压器的设计考虑因素。

<strong>引言</strong>

如今的电子系统中有越来越多的电源轨和电源解决方案设计，且电源负载电流范围从几 mA (用于待机电源) 到 100A以上 (用于 ASIC 电压调节器)。工程师必需选择针对目标应用的合适解决方案并满足规定的性能要求，例如：高效率、紧凑的印刷电路板 (PCB) 空间、准确的输出调节、快速瞬态响应、低解决方案成本等。对于系统设计师来说，由于他们当中许多人可能并没有很强的电源技术背景和经验，电源管理设计正成为一项日益频繁和棘手的工作。

<strong>作者：Charles Kitchin</strong>

<strong>简介与分立半导体组件相比，使用运算放大器和仪表放大器能给设计师带来显著优势。虽然有关电路应用的著述颇丰，但由于设计电路时往往匆忙行事，因而忽视了一些基本问题，结果使电路功能与预期不符。本应用笔记论述了最为常见的设计问题并提出了实用的解决方案。

<strong>缺少直流偏置电流回路</strong>

最常见的应用问题之一是在交流耦合运算放大器或仪表放大器电路应用中，没有为偏置电流提供直流回路。图1中，一个电容串接在一个运算放大器的同相(+)输入端。这种交流耦合是隔离输入电压(VIN)中的直流电压的一种简单方法。这种方法在高增益应用中尤为有用，在增益较高时，即使是放大器输入端的一个较小直流电压，也会影响运放的动态范围，甚至可能导致输出饱和。然而，容性耦合进高阻抗输入端而不为正输入端中的电流提供直流路径的做法会带来一些问题。