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美国国家半导体开关稳压调整器技术问答精选2006-05-13 12:03:00

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美国国家半导体开关稳压调整器技术问答精选


问:在待机状态,能耗的降低会不会将系统稳定性降低? 
答:待机时有两种方法:1.高电压绕组降低到MCU低电压电源,系统进入突发模式,输出电压有更多波纹,但依然在反馈回路;至于某些临界的应用,线性调整器如7805适合这方面的应用,例如NCP1209或MC44608。2.对于NCP1200,它的输出波纹会很小,如2.5%,直接驱动MCU会很安全。我们确信,在待机时,上面的任一种方法依然在控制回路。

问:一个系统要降低功耗,一般应该从哪几方面来入手解决呢?

答:从系统的观点来看,不仅要谈到待机,效率是第一位的。我们首先要做的是要保证系统效率尽可能的高。为了达到这点,我们需要确定功率在什么地方损失掉,即是说,流过功率MOSFET的电流产生热量,场效应晶体管(FET)的Rds(on)决定了此时的损耗。类似这种考卷需要针对系统中每一个功率元件来进行。

问:DVD可以提供何种芯片做到0.4W?我们的输出功率260瓦。

答:NCP1200适合用在20-30WDVD播放机,达到0.4W。你的应用不仅仅是DVD播放机,应该是DVD+AMP(放大器)。我们有NCP1203(140W)和其它器件一起用的解决方案。请电邮到:manson.chan@onsemi.com,以便更清楚你的想法。

问:有些解决方案辅助绕组供电时需加稳压管,这样是不是过压保护功能实现不了?

答:齐纳二极管加接在Vcc引脚,保护IC免受损害。如果需要过压保护,要增加更多的外接元件。请参阅我们的应用手册AND8069。

问:采用安森美芯片的产品,在电磁兼容性方面应该做什么样的处理?

答:从根本上来说,它应该根据通常的EMC来考虑整个电路,如PCB的布局,变压器的结构,线路输入滤波器,开关电源(SMPS)的工作模式,屏蔽等。我们的一些芯片能安全地工作在关键的部位,能消除许多EMC的问题。

问:目前IC芯片的功耗在逐步降低,供电电压已降至1.5V,而传统5V供电芯片也在大量使用,这样在进行系统设计时,电源设计就是一个很大的问题。一个系统中,不同的芯片需要不同的工作电压,由此造成系统设计复杂化,各芯片接口部分产生诸多不确定错误,比如3V在5V芯片中会误认为低电平,如果加转换器件,又增加成本,请问如何解决系统设计中的此类问题?

答:事实上,我们的IC能处理多个输出。例如,DVD播放器电源板之一有六个输出。每个都能调整,也有低电压和高电压在一起。最重要的是把设计电源作为一个系统而不是单独的输出来考虑。

问:1.采用变压器次级绕组提供60V高压降低至5V时,待机功耗约多少?使用安森美1200P40,变压器次级绕组电压能否升高至80V?2.使用安森美1200P40能否配用4N60系列MOS管?

答:是的。NCP1200至少有两种方法加电,一种是动态自供电(DSS),另一种是采用辅助绕组。它驱动4N60没有问题。

问:Q1:待机功耗与电源功率以及频率有何关系?Q2:目前国际标准要求待机功耗是多少?现在实用电源的最低待机功耗是多少?Q3:国际上有那几种方法实现待机?哪种最先进?

答:Q1:在开关电源,开关损耗扮演很重要的角色,降低开关频率能降低开关损耗。Q2:它取决于是什么产品和出货到什么地方。对于适配器,IEA建议为0.75W,美国总统布什要求是1W。安森美的产品能满足所有这些要求。Q3:有很多方法实现待机,安森美的解决方案已经证明是高成本效率的。 问:开关频率对降低损耗有多大影响?除降低开关频率外,可有其它措施?

答:在在线座谈中,你能看到频率起到很重要的作用。还有其它方法来降低功耗。甚至流过光耦合器的电流也会影响到待机功耗。

问:降低待机能耗的技术的关键是什么?能降低到什么程度?

答:要降低待机功耗,必须要降低开关周期数,维持输出在调整状态。目前,对于70W通用电源,在负载条件下我们能降到低于0.1W。

问:降低待机功耗,IC起到很重要作用。除此之外,它还和什么因素有关?比如变压器,阻容元件?

答:良好控制的IC是解决方案的关键。但是如果没有良好的变压器和电容,你也不能做到。

问:NCP系列好像对变压器特殊要求?如何设计辅助绕组?

答:所有的开关电源在辅助绕组上的设计都是相同的,但是,NCP系列比以前的更容易,绝大多数来自DSS的本身电源功能中,而当负载很轻,或者,从重负载变到轻负载,占空比就降低,辅助绕组电压就下降,一些正常的PWMIC会关断。但是,NCP系列如NCP1200会改变到DSS模式,直接从电源线加电。要小心,不要超过数据表上的最大电压例如16V。此外,还要注意变压器绕组的耦合问题。

问:待机功耗与电源的转换效率有什么联系?

答:一般来讲,满负载的有效电源更容易满足轻负载或小负载的待机功耗要求。但是,待机功耗的规范变得越来越严格。你要用特别的方案才能满足规范的待机功耗,例如安森美的开关控制器。

问:采用准谐振,对电源的参数有何影响比如波纹系数等?

答:准谐振(QR)模式是一种临界模式,负载的响应很快,这在开关电源(SMPS)中是最好的(和连续模式相比)。如果负载从最低(甚至于零)变到最大额定功率,系统会很适合使用。从另一方面,一些开关的噪音会高,因为在这种模式,峰值电流会更高。要注意PCB的布线和整流器部分。

问:可变频率模式的频率如何变化?随负载的大小而变化吗?什么时候开始变化?

答:开关频率取决于负载和准谐振或谷底开关模式的线路情况。负载增加,开关频率下降。线路电压增加,开关频率增加。安森美的器件采用特别的技术来中断这种现象,降低轻负载时的开关频率。

问:如果有遥控电路要工作你们的IC提供多大的5V电流?还有现在功耗还能降到多少,对于电源自身功耗呢?谢谢!

答:这取决于待机时的5V电流。通常,如果是红外(IR)遥控系统,MCU和IR传感器的电流将会是从10mA到30mA。我们公司任一种IC都能提供这种电流。但是,如果你的电路是RF遥控器,以及有许多其它处理器不能进入待机状态如300mA,这将不可能有1W的待机功耗。合理的估计是输出功率除以3或2,就是你的开关电源待机功耗的极限。

问:除了芯片以外,无源元件的选择对待机功耗的影响有多大?OnSemi对选择无源元件有何建议?

答:这取决于不同的应用和工作模式。一般说来,在待机模式,高电压边对待机功耗有大的影响。这不仅需要控制器减小工作电流和漏电,而且还需要一些元件来进一步降低起动电路的电流。开关损耗是另一个问题。在这种情况下,你可选用一些低栅极电荷的MOSFET。对次级边,次级重新配置模式在多个输出状态下能节省更多的功率。但是,一些元件的工作速度是十分重要的,例如,采用此办法的MC44608,开关(可控硅器件:SCR)是重要的。

问:准谐振的频率如何确定?介绍说,它能降低EMI,它的原理是什么?

答:在我们的网站上有关于如何确定QR频率的应用手册。请键入NCP1205搜索。QR降低EMI,因为在最低的Vds开关MOSFET。开态时的电流尖峰是EMI的主要来源。QR能有效地降低电流尖峰。

问:请问电源输入电压对待机功能耗有多大的影响?

答:这又是待机功耗的一个很重要来源,输入电压越高,降低待机功耗就越困难。这就是说,采用110VAC和220VAC的国家,采用同样的开关电源(SMPS),前者的待机功耗较低。这主要是因为来自工作电流,阻尼电路和所有初级边元件的漏电……

问:变压器的质量如漏磁,对待机功耗有何影响?

答:是的。它们是待机功耗和正常电源效率的关键问题。尽你的所能来降低漏电感,而这同时也会增加系统可靠性。

美国国家半导体开关稳压调整器技术问答精选

■中电网元器件技术部

问:抽头电感器方式变换器的输出线圈中的电流波纹非常大,会使效率下降,请问用什么方法可以解决?

答:中心抽头电感有噪音增加和电源效率不高的问题。没有快捷的办法改善它。用两个开关电源也许是个好建议。 问:我是一位产品开发者。在我们产品中我们利用LM2575组合的恒流源作为电流驱动,但在实际的应用中我们发现LM2575发热过大,效率不高。因此我们选用LM2670,但是我们发现采用LM2670后,CPU经常复位,整个电路工作不起来。对此我们感到很困惑,请您给予解答,谢谢!

答:我想你应该测量一下CPU上的电压,因为CPU对开关噪音和波纹敏感。在连接到CPU之前采用LC滤波器,也许是个好建议。

问:LM2576-ADJ为3A输出,如需要12A的电流输出,是否可以用并联的方式达到目的?如不行,请提供何种方式较为方便?

答:采用LM2576是很难连接成并行输出。请采用三个频率同步的LM2677,产生15A的电流。每个输出端加接二极管,阻止电流倒流。

问:开关电源用在DSL产品中,对模拟前端(AFE)电路都有不同程度的干扰,有什么比较好的方法来避免吗?谢谢!

答:开关噪音常常是AFE应用中的一个问题。良好的PCB接线和低开关噪音是解决方案。A)良好PCB地线,请参阅美国国家半导体(NSC)的应用手册AN1197和AN1229,那里有详细的论述。B)低开关噪音,有几种解决办法,例如加大开关阻尼,采用较低ESR(等效串联电阻)的电容,可以改善它。

问:我曾经用开关稳压芯片为音频处理电路和MCU提供电源。但是,开关噪声对声音通道信号质量影响很大。请问在电路设计和PCB设计上通常有什么设计对策?

答:开关噪音是普遍存在的问题。良好的PCB接地能解决它,请参阅NSC的应用手册AN1197和AN1229。这两个手册详细解释了接地问题。请从NSC的网站上下载。

问:LM2596中的电感选择问题,如果太大或太小会有什么影响?

答:电感对于开关电源是非常重要的。我会建议你从NSC网站上下载应用手册AN1197和AN1229。他们详细描述了这个问题。较大的电感会带来高成本,开关系统也会变成连续模式。小的电感将要求较高开关电流,系统工作在不连续模式。 问:LM276X的效率能达94%,能介绍一下影响效率的设计要点和应用要点吗?

答:效率主要取决于输入电压Vin (Vin越高,效率越低)和输出电压Vout (Vout越低,效率越低)。良好的肖特基二极管能改善少许效率。较高的电感也能改善少许效率。

问:为降低EMI,如何选择电容和电感?LM集成电路内部有没有降低EMI的电路?

答:EMI(电磁干扰)主要来自PCB走线和外部元件,电感的开关电流。你可采用屏蔽电感来降低EMI。

问:LM2576的转换效率与输入电压的大小有什么关系(如12V和18V)?

答:输入电压越高,效率越低。这是因为输入电压增加,其内部的功率晶体管的开关损耗也增加了。 问:请问在使用NSC的开关电源芯片时,经常会给电路造成不同程度的高频干扰,怎样更好的消除这些干扰?

答:布局将是降低干扰的方法之一。我们提供应用手册:AN1229 SIMPLE SWITCHERTMPCB布局指南。你可从网站上下载:www.national.com。如果干扰严重,你必须要屏蔽它。

问:我们的一个产品使用了LM2575-5.0,在做EMC测试的时候,发现电源辐射超标。请问可以采取哪些措施降低辐射?

答:主要的来源是肖特基二极管。你可以增加一个阻尼器(电阻和电容串联),跨接在肖特基二极管两端。你也可尝试在输入端增加LC滤波器。

问:我使用LM系列的芯片,设计的电源效率都只有80%左右,和提供的参数效率相差较大,有什么方法来达到较高的效率吗?影响效率的因素有哪些?

答:SIMPLE SWITCHER 稳压器的效率在80%到94%之间,取决于你的应用,输入电压和输出电压。如果你要在你的工作条件下增加效率,你可用NSC的同步开关调整器。请和我们的当地办事处,分销商联系或登录我们的网站。

问:在实际工作中,我发现LM2596有高频干扰问题,能将噪音反馈到输入电源处,有好的解决办法么?

答:你可以在输入端增加一个小电容器,滤去高频噪音。你也能在输入端增加一个小电感或铁氧体珠。 问:在汽车上使用系统采用LM2596的DC/DC芯片,发现比较容易在汽车启动时系统复位,怎样解决?

答:你可在电路中增加时延。这样,汽车起动一段时间后DC/DC转换器才会开启。

问:输入电容的变化对输出电压的影响在哪?

答:适当的选择输入滤波器电容是非常重要的。它会影响到电源输出端低频交流(AC)波纹和延期时间。

问:1.开关电源的PCB设计应该注意哪些要点?2.设计好的开关电源进行测试时,主要应该测试哪些方面内容?

答:1.PCB布局:首先放置功率和开关元件。反馈回路走线应尽可能远离电感和噪音源走线。所有的功率(大电流)走线要尽可能短,直和厚。详细的设计指南,请参阅我们的应用手册AN1149:开关电源的布局指南。2.主要的测试有:高/低输入电压测试,最大负载,轻负载,瞬态响应和开关负载。

问:LM系列的抗EMI性能如何?包括本身的和对外的。

答:我们已从我们的客户中收到关于我们产品的EMI问题的反馈。对一般应用的反应是良好的。EMI可通过以下方法降低:1)降低驱动器峰值栅电流;2)用10欧姆电阻和Cboost电容串联,减慢栅的开启;3)在肖特基二极管上增加阻尼器。

问:电感的选择有什么的要求?

答:主要参数是开关工作频率,功耗和铁芯额定处理能量。请参阅我们的应用手册AN1197:降压转换器的电感选择。你也可从网站:www.national.com 下载。

问:对输出电容的ESR有要求吗?是不是越低越好,还是太低了就不好?

答:输出电容的ESR影响到调整器控制回路的稳定性。所以,它取决于电路的频率特性,波德图。

问:控制环路的设计应注意什么?

答:反馈控制回路会影响电路的稳定。输出电容和电感要小心选择。要增加元件来改善相位富余度。

问:介绍一下同步时钟的要求以及对性能的影响如波纹系数和效率?

答:外部时钟能用作开关频率,通过同步引脚控制调整器输出波纹频率。这种功能提供了系统间输出波纹滤波的一致性以及波纹频率的精确频谱位置,这在通信和无线应用中是很需要的。另外的要求就是要使几个开关调整器的频率同步,以减小它们相互间的干扰。 问:请问在选择稳压器时, 重要的指标是什?

答:输入电压的范围、最大输出电流、输出电压、开关噪音、功率效率和外接元件数量。

问:如何消除在使用美国国家半导体的开关电源时产生的高频干扰?

答:请参阅NSC应用手册AN1197和AN1229,熟悉开关电源器件的应用。请登录NSC网站获取产品信息。

问:软起动的起动时间有多少?电压的上升时间有多少?如何确定?

答:从LM2679的7引脚接一个电容到地,能使开关调整器放慢开启。这个选择电容控制着加电时LM2679的起动。电容由内部的电流源线性地充电,称之为软起动电流,典型值为3.7 A。这个电压逐渐地增加功率开关的工作周期,直至到达正常工作周期,它由输出电压和输入电压的比例来决定。软起动开启时间由选择Css来编程。

问:我用LM2576做个DSL的产品,发现会干扰AFE模块的性能,采用物理方式(把该电源模块切下,用线连接到相应的连接点)分开一段距离就不会干扰。重新布板以后,保证了该试验的物理距离,但干扰还是出现了,并没有达到试验的效果,这会是什么样的问题?

答:它可能是传导噪音,即是说,噪音通过Vin 或Vcc进入其它电路。你要在LM2576的Vin引脚增加铁氧体珠,在输出端加滤波器,看看有什么改善。对LM2576进行屏蔽,肯定不会对其它电路造成EMI干扰。

问:在电感固定的情况下,滤波电容是越大越好吗?

答:不。它取决于系统稳定所考虑的问题。

问:怎么实现两个供电电源之间的平滑切换?如用电池与稳压电源同时给电器产品供电的情形?

答:电池和电源可并行连接,给系统提供电流。功率二极管连接在电池和电源的输出端,以阻塞反向电流。

问:电容对输出电压的特性非常有影响,有时候电容值小了,就会造成很大的纹波以及高频产物,从而对电路很有影响。 请问是为什么?

答:电容的ESR是影响输出波纹的一个因素。绝大多数小电容有较高的ESR,导致高的开关波纹。

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