嘉立创转：爱意提高效率Lower-Output-Voltage降压转换器

一种新的能量变换方法,称为自动效率增强(爱意),提供更高的效率较低的输出电压的电力供应系统,如平板电脑,服务器和固态硬盘。

每个电源设计师所面临的共同挑战是实现高效目标的能力与lower-output-voltage降压转换器。例如,一个3.3 v输出电压电源可以提供其满载效率91%,而1.8 - v版本可能提供在满载只有84%。这个效率下降产生比否则可能更高的操作温度。便携式系统,它浪费太多的电池供电。温度越高操作温度或缩短电池运行时显然不是理想的使用平板电脑,服务器,或固态硬盘(ssd),包含这些电源。

需要一个新的能量变换的方法效率高,不管输出电压。其中一个方法,自动效率增强(爱意),提供更高的效率较低的输出电压在这些类型的系统。

为什么效率下降?

效率较低的输出电压下降减少数量的输出功率没有直接相关,相应的降低功率损耗。降压转换器,损失分为开关损失和传导损失。切换损失主要依赖于输入电压,输出电流,开关频率。传导损失主要是依赖于输出电流和MOSFET抗性。由于输出电压并不是一个强有力的因素的数量损失,损失不减少输出功率。

低输出电压意味着更少的输出功率,输出电流乘以输出电压。因为效率被定义为输出功率除以输出功率加上损失,低效率的结果输出功率较低,但同样的损失。

作为一个例子,一个3.3 v输出电压电源提供6 2 W的输出电流产生的效率损失91%。相同的电源配置为1.8 - v输出电压产生相同2 W的损失。这导致84%的效率由于减少了输出功率。当配置为0.9 - v输出电压,这种效率损失2 W的收益率仅为73%。由于开关频率,MOSFET电阻,输出电流,和输入电压保持恒定在这之下,损失是大致相同的,低效率的结果,分别为7%和7%。

两个采用解决方案

输入电压和输出电流由系统定义和加载;因此,它们不会轻易改变的。电源设计者需要降低开关频率或调整MOSFET抗性获得更高的效率更低的输出电压。

通常情况下,是不可能的供电设计师调整电阻的值,因为高收入和下部场效应管集成在大多数现代降压转换器。虽然可能有多个可用降压转换器集成电路(IC)——每个优化为一个特定的输出电压,这不是一般实际从集成电路设计的角度来看。因此,它通常不出现在市场。它也创造了更多的ICs的材料清单(BOM),使系统设计更加复杂。

降低开关频率降低切换损失,提高效率。在许多集成降压转换器,可以调整频率。然而,调整输出的切换频率通常需要重新计算过滤和loop-compensation电路。这需要更多的设计工作和时间,可能为不同的输出电压电路在系统中不同的组件。再次,提高BOM计数。

智能地调整切换频率与爱意

没有任何设计师的介入,爱意调整开关频率提高效率,同时使用相同的输出滤波器和循环补偿。开关频率自动调整,根据输入电压和输出电压,以最大限度地提高效率,同时保持控制循环稳定性和输出滤波器的有效性。不必被设置在一个特定的操作频率点只对特定的操作条件优化;它动态地调整自己在操作期间。图1显示了转换频率为3.3,1.8,和0.9 - v输出电压的负载电流电路运行6 6 - 15伏特输入电压范围。

更低的输出电压,开关频率降低保持适量的电感的纹波电流。更常见的peak-current-limit类型的降压转换器集成电路,可用的峰值电感电流定义了集成电路的输出电流。

当前限制的固定汇率水平设置在集成电路,限流水平下的峰值电感电流必须保持完整的输出电流。由于峰值电感电流的输出电流加电感纹波电流的一半,纹波电流必须保持在足够低的水平。否则,很快达到电流限制和IC无法提供必要的输出电流。

较低的输出电压、电感纹波电流已经减少了通过公式1:

(1)

由于这种减少,较低的开关频率也减少了输出电压,纹波电流增加回允许的水平。图2描绘了电感纹波电流从图1中的频率数据和计算方程1。

爱意提高效率Lower-Output-Voltage降压转换器

图1所示。两阶段降压转换器,比如TPS62180使用爱意来调整

基于输入电压和输出电压切换频率。

在给定的操作点,纹波电流基本上是一样的,不管输出电压。爱意达到这样的目标,降低开关频率较低的输出电压。这样一个还原效率的差距缩小,与发生减少输出电压。

爱意提高效率Lower-Output-Voltage降压转换器

图2。爱意提供一个恒定的纹波电流在给定输入电压输出电压。

图3显示了实现爱意时效率。

爱意提高效率Lower-Output-Voltage降压转换器

图3。一个两阶段降压转换器的效率差距在缩小

低输出电压通过爱意。

因为较低的频率较低的输出电压降低切换损失,它也减少了全损。这增加效率相对于大多数能量变换拓扑,这对所有输出电压保持恒定频率。

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结论

在TPS62180降压转换器等,爱意比固定频率提供了更高的效率,为更低的输出电压降压变换器拓扑。与爱意,效率为91% 3.3 - v输出电压保持在一个较高的水平更低的输出电压:87.5%,1.8 - v输出电压为82%,0.9 - v输出电压。这样的效率代表增加3.5%和9%,分别比固定频率拓扑。这些效率大大增加价值在平板电脑等便携设备,以及热敏感的ssd和服务器等设备。