Trong các thiết bị điện tử, nguồn điện ổn định là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động đáng tin cậy. Bộ nguồn chuyển mạch (DC{1}}DC) đã trở thành giải pháp nguồn chủ đạo trong điện tử tiêu dùng, điều khiển công nghiệp, thiết bị truyền thông và các lĩnh vực khác nhờ ưu điểm về hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và dải điện áp đầu vào rộng. Trong số này, việc lựa chọn các thành phần ngoại vi và bố cục PCB trực tiếp xác định độ chính xác đầu ra, khả năng kiểm soát gợn sóng, hiệu suất nhiệt và độ ổn định lâu dài-của bộ nguồn DC{4}}DC.
Các khái niệm cơ bản về nguồn điện chuyển mạch DC-DC
1.Bộ cấp nguồn chuyển mạch DC-DC là gì?
Bộ nguồn chuyển mạch DC{0}}DC là một thiết bị điện tử công suất chuyển đổi điện áp DC đầu vào thông qua "chuyển mạch của bóng bán dẫn". Chức năng cốt lõi của nó là chuyển đổi điện áp đầu vào không ổn định (ví dụ: 12V) thành điện áp đầu ra ổn định theo yêu cầu của tải (ví dụ: 5V), đồng thời cung cấp các khả năng như tăng-tăng/giảm-điện áp, điều chỉnh dòng điện và khử nhiễu. So với bộ điều chỉnh tuyến tính (LDO), bộ nguồn chuyển mạch DC{11}}DC mang lại hiệu suất cao hơn (thường là 80%{14}}95%) và phù hợp với dòng điện cao (ví dụ: 6A) và kịch bản điện áp đầu vào rộng.
2.Nguyên lý hoạt động của DC-DC
Lấy bộ chuyển đổi DC-DC cổ điển làm ví dụ, phía bên trái bao gồm các chân đầu vào như Bật (EN), Khởi động/Theo dõi mềm (SS/TR), Cài đặt mặc định (DEF) và Tần số chuyển đổi (FSW). Các tín hiệu này đi qua mô-đun logic điều khiển, tích hợp các bộ phận bảo vệ và điều khiển như khởi động mềm, tắt nhiệt, khóa điện áp thấp (UVLO) và điều khiển Power Good (PG), để điều khiển mô-đun điều khiển nguồn. Mô-đun điều khiển nguồn sử dụng trình điều khiển cổng và bộ so sánh giới hạn dòng điện phía cao{3}}bên/thấp{4}}(HS lim, LS lim) để điều khiển các bóng bán dẫn công suất trên và dưới, cho phép chuyển đổi năng lượng. Phần DCS{6}}Control™ ở phía dưới thực hiện điều chỉnh phản hồi thông qua bộ khuếch đại lỗi, bù độ dốc, bộ so sánh và bộ hẹn giờ. Phía bên phải bao gồm các giao diện như đầu vào nguồn (PVIN, AVIN), nối đất (AGND, PGND) và đầu ra chuyển mạch (SW), cùng nhau đạt được khả năng chuyển đổi DC-DC hiệu quả và điều khiển chính xác.
3.Cốt lõi của DC-DC nằm trong chu trình "Chuyển đổi - Lưu trữ năng lượng - Lọc":
Giai đoạn chuyển đổi:
Các công tắc MOSFET bên trong (FET phía-HS{1}}cao và LS{2}}FET phía{2}}thấp) lần lượt bật và tắt, "cắt" điện áp DC đầu vào thành điện áp xung tần số cao-.
Giai đoạn lưu trữ năng lượng:
Cuộn cảm lưu trữ năng lượng khi bật công tắc và tụ điện làm giảm điện áp xung.
Giai đoạn đầu ra:
Mạch phản hồi giám sát điện áp đầu ra theo thời gian thực và điều chỉnh thời gian bật/tắt công tắc (chu kỳ làm việc) để cung cấp điện áp đầu ra ổn định.
4.Các chỉ số hiệu suất chính
Dải điện áp đầu vào/đầu ra:Điện áp đầu vào phải phù hợp với phạm vi dung sai của chip, trong khi điện áp đầu ra phải đáp ứng yêu cầu tải (ví dụ: một DC-DC nhất định hỗ trợ đầu vào 5,5V-18V và đầu ra 0,611V-15V).
Dòng điện đầu ra:Dòng điện đầu ra tối đa phải bao gồm dòng điện cực đại của tải (ví dụ: tải 6A yêu cầu chip có khả năng đầu ra Lớn hơn hoặc bằng 6A).
Tần số chuyển đổi:Tần số cao hơn cho phép kích thước cuộn cảm và tụ điện nhỏ hơn nhưng làm tăng tổn thất chuyển mạch (tần số phổ biến nằm trong khoảng từ 200kHz đến 1 MHz, đòi hỏi sự cân bằng giữa hiệu suất và kích thước thành phần).
Gợn sóng điện áp:Giá trị dao động của điện áp đầu ra (các ứng dụng công nghiệp thường yêu cầu Nhỏ hơn hoặc bằng 20mV; gợn sóng quá mức có thể gây nhiễu các mạch nhạy cảm).
Hiệu quả:Tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào. Hiệu quả cao hơn làm giảm căng thẳng nhiệt.
