In toepassingen zoals draadloze verbindingen die afhankelijk zijn van analoge schakelingen met een laag signaalniveau en digitale ontwerpen die gebruik maken van lage spanning van de power rail,de kwaliteit van de gelijkstroomrail is essentieel voor het behoud van de prestaties van het systeemNaast de efficiëntie van de omzetting, de uitvoernauwkeurigheid, de stabiliteit en de regel van de lijn en de belasting,de kwaliteit van gelijkstroomrails is ook afhankelijk van factoren zoals het inherente lawaai en de tijdelijke reactie op dynamische belastingveranderingen.
De robuuste Silent Switcher-serie van Analog Devices heeft echter meerdere generaties van ontwikkeling ondergaan en is een volwassen technologie geworden die, wanneer goed toegepast,kan de vereiste DC-uitgang met een laag geluidsniveau en een zeer snelle transiënte respons leveren.
Dit artikel zal zich richten op de introductie van deze gemakkelijk te gebruiken hoogwaardige DC/DC-schakelregulatoren, hun voordelen en de problemen die ze kunnen oplossen.Dit artikel zal de toepassing van analoog apparaten als voorbeeld om te illustreren hoe de prestaties van deze schakelen regelgevers te maximaliseren.
Silent Switcher-serie
De Silent Switcher-serie DC/DC-schakelregulatoren van Analog Devices zijn nu geëvolueerd naar de derde generatie.Silent Switcher 1 is een product van de eerste generatie dat voornamelijk wordt gebruikt voor het verminderen van hoogfrequente geluid in verband met schakelregulatoren.Deze generatie producten heeft drie grote voordelen: lage elektromagnetische interferentie (EMI), hoge efficiëntie en hoge schakelfrequentie (geschikt voor kleinere gerelateerde apparaten).
Vervolgens bracht Analog Devices de Silent Switcher 2 uit.met een compacter uiterlijk en zonder gevoeligheid voor de indeling van printplaten (PC-platen).
De derde generatie Silent Switcher 3 erft de unieke kenmerken van de vorige twee generaties.Dit product heeft tevens de voordelen van een snelle tijdelijke respons en een zeer laag geluidsniveau in het lage frequentiebereik (figuur 1).
Silent Switcher DC/DC regulator van Analog Devices (klik om te vergroten).
Figuur 1: Elke generatie van Silent Switcher DC/DC-regulatoren behoudt de kenmerken en functies van de vorige generatie en voegt nieuwe kenmerken en functies toe.
Eenvoudige oplossing voor schakelaargeluid
Om de lage geluidskenmerken van de vorige twee generaties producten te bereiken, hebben de ontwerpers verschillende geluidsbronnen bestudeerd en innovatieve methoden onderzocht om geluidsoverlast te omzeilen, te minimaliseren en te beperken.of zelfs geluidsbronnen te eliminerenDit vereist een veelzijdige aanpak. De belangrijkste bron van geluid in schakelmodus stroomvoorzieningen is bijvoorbeeld de schakelwerking van stroom, in plaats van de stroomstroom.In de traditionele topologieën van de schakelaarmodusregulatorDe thermische lus is de belangrijkste bron van hoogfrequente ruis die in de lucht wordt uitgezonden en die EMI veroorzaakt.De eerste generatie Silent Switcher DC/DC regulator verdeelde het thermische circuit op een innovatieve manier in twee symmetrische stroomcircuitsDit creëert twee magnetische velden van tegengestelde polariteit, die grotendeels het uitgestraalde lawaai uitwissen.
Door de ingangscondensator rechtstreeks in het IC-pakket te integreren, minimaliseert Silent Switcher 2 kritische thermische circuits zoveel mogelijk.
Deze architectuur ondersteunt snelle schakeling van randen, waardoor een hoge efficiëntie wordt bereikt onder hoogfrequente schakelomstandigheden, terwijl een goede EMI-prestatie wordt behouden.De interne keramische condensator aan het eind van de gelijkstroom-invoerspanning (VIN) helpt een kleine snelle wisselstroomlus te handhavenDe Silent Switcher-architectuur maakt ook gebruik van een eigen ontwerp en verpakkingstechnologie om de efficiëntie bij extreem hoge frequenties te maximaliseren.om het mogelijk te maken de maximale EMI-beperkingen van CISPR 25 klasse 5 te doorstaan.
Daarnaast wordt ook gebruik gemaakt van de actieve spanningspositioneringstechnologie (AVP), wat betekent dat de uitgangsspanning afhankelijk is van de belastingstroom.de uitgangsspanningsregeling is hoger dan de nominale waardeDe DC-belastingregeling is aangepast om de tijdelijke prestaties te verbeteren en de uitgangscapacitorvereisten te minimaliseren.
Zwijgende schakelaar 3 en voorbijgaande reactie
Transiente reactie verwijst naar het vermogen van een spanningsregelaar om te reageren op plotselinge belastingveranderingen en is een steeds belangrijkere parameter geworden.in aanvulling op het minimaliseren van laagfrequente ruis (10 Hz tot 100 kHz), de producten van de derde generatie richten zich ook op het leveren van ultra-snelle transiënte reactie.
Signalprocessors en System on Chip (SoC) ondervinden vaak plotselinge veranderingen in de vergankelijke belastingcurven, waardoor steeds meer aandacht wordt besteed aan de vergankelijke respons.Deze belasting transiënt kan interferentie veroorzaken met de stroomtoevoer spanningBijvoorbeeld, verschillende stroomtoevoerspanningen kunnen de systeemklokfrequentie ernstig beïnvloeden.
In 5G-toepassingen is de informatie kwaliteit nauw verbonden met de blanking periode tijdens transiente periodes.het verminderen van de invloed van de belastingtransitieve op de stroomvoorziening zal de prestaties op systeemniveau verbeteren.
Om deze doelstellingen te bereiken, gebruikt het Silent Switcher 3-apparaat met één chip een ultra-hoge prestatiefoutversterker.die extra stabiliteit kan bieden, zelfs in het geval van agressieve compensatie. De maximale schakelfrequentie van 4 megahertz (MHz) stelt de IC in staat de bandbreedte van de regelaarslus te verhogen tot ongeveer 100 kHz in de vaste frequentiespeakstroomregelmodus.Een aantal innovatieve technologieën kan ook subtiele factoren verminderen die een tijdelijke reactie belemmeren.:
Beladingsseparatie - In een typisch ontwerp omvat een 1 V-belasting zend- en ontvangcircuits, een lokale oscillator (LO) en een spanningsgecontroleerde oscillator (VCO).Tijdens frequentiedivisie-duplex (FDD)In de loop van de tijd zijn de belastingen van LO en VCO constant, maar vereisen ze hoge precisie en een laag geluidsniveau.
De hoge bandbreedte van deze apparaten stelt ontwerpers in staat om dynamische en statische belastingen te scheiden via een tweede inductor (L2),waarbij twee kritieke 1 V-lastgroepen van de regulerings-IC worden aangedreven (figuur 2)De lading transiënt reactie is snel, de VOUT afwijking is minimaal, en het zal niet van invloed zijn op de statische belasting (figuur 2, onder).