信號和數(shù)據(jù)處理電路的DC-DC轉換注意事項有哪些

許多電路設計人員很清楚大功率處理器的熱管理問題，但可能沒有考慮電源的熱管理問題。與晶體管封裝的處理器本身不同，當?shù)秃诵碾妷盒枰唠娏鲿r，熱問題是不可避免的，這是所有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電源的總體趨勢。

一、DC-DC轉換器要求概述：EMI、轉換比、尺寸和散熱考慮

通常，FPGA/SoC/微處理器需要多個電源軌，包括用于外設和輔助電源的5V、3.3V和1.8V，用于DDR4和LPDDR4的1.2V和1.1V，以及用于處理內核的0.8V。產(chǎn)生這些電源軌的DC-DC轉換器通常從電池或中間直流總線獲取12V或5V輸入。為了將這些源直流電壓降壓到處理器所需的低得多的電壓，自然會選擇開關模式降壓轉換器，因為它們在大降壓比時具有高效率。開關模式轉換器有數(shù)百種風格，但許多可以歸類為控制器（外部MOSFET）或單片穩(wěn)壓器（內部MOSFET）。

二、傳統(tǒng)的控制器解決方案可能不符合要求

傳統(tǒng)的開關模式控制器IC驅動外部MOSFET，并具有外部反饋控制環(huán)路補償組件。由此產(chǎn)生的轉換器可以非常高效和通用，同時提供高功率，但所需分立元件的數(shù)量使設計相對復雜且難以優(yōu)化。外部開關還可以限制開關速度，這在空間非常寶貴的情況下是一個問題，例如在汽車或航空電子環(huán)境中——因為較低的開關頻率會導致整個組件尺寸更大。

1.不要忽視最短的開啟和關閉時間

另一個重要的考慮因素是轉換器的最短導通和關斷時間，或其在足以從輸入降壓到輸出的占空比下運行的能力。降壓比越大，所需的最小導通時間越低（也取決于頻率）。同樣，最小關斷時間對應于壓差：在不再支持輸出之前輸入可以降到多低。雖然增加開關頻率有利于整體更小的解決方案，但最短的導通和關斷時間設定了工作頻率的上限。總之，這些值越低，您在設計小尺寸和高功率密度方面的余地就越大。

2.注意真實的EMI性能

卓越的EMI性能對于與其他噪聲敏感設備的安全操作也是必不可少的。在工業(yè)、電信或汽車應用中，將EMI降至最低可能是電源設計的重要優(yōu)先事項。為了使復雜的電子系統(tǒng)能夠協(xié)同工作，不會出現(xiàn)重疊EMI的問題，現(xiàn)在已經(jīng)采用了嚴格的EMI標準，例如CISPR25和CISPR32輻射EMI規(guī)范。為滿足這些要求，傳統(tǒng)的電源方法通過減慢開關邊沿和降低開關頻率來降低EMI——前者導致較低的效率和更高的熱耗散，而后者導致較低的功率密度。

降低開關頻率也有違反CISPR25標準中530kHz至1.8MHzAM頻段EMI要求的風險?？梢圆捎?a target="_blank">機械緩解技術來降低噪聲水平，包括復雜、笨重的EMI濾波器或金屬屏蔽，但這些技術會顯著增加成本和電路板空間、元件數(shù)量和組裝復雜性，同時進一步使熱管理和測試復雜化。這些策略都不能滿足緊湊尺寸、高效率和低EMI的要求。

3.減小尺寸，同時提高EMI和熱性能以及效率

很明顯，電源系統(tǒng)設計已經(jīng)達到了一個復雜點，這給系統(tǒng)設計人員帶來了沉重的負擔。為了減輕這種負擔，一個好的策略是尋找具有同時解決許多問題的功能的電源IC解決方案：降低電路板的復雜性、高效運行、最小化散熱和產(chǎn)生低EMI。