如何在便携式产品中实现高效电源变换?

对电源设计工程师而言,有关便携式产品的电源设计难题接连不断,例如,如何采用低功耗设计？如何延长设备工作时间？如何提高电源的转换效率？有鉴于此,电子工程专辑网站特别邀请了凌特有限公司上海代表处应用技术工程师陈晓兵、凌特有限公司北京办事处应用工程师卢志豪和凌特有限公司北京办事处应用工程师罗晓泉担任嘉宾,主持了一期《如何在便携式产品中实现高效电源变换？》专题研讨。本次讨论收到工程师很多反馈,现将论坛中的问答归纳刊出,以飨读者。

一、 如何实现开关电源的高效率输出？

本次讨论中,工程师比较关心如何实现开关电源的高效率输出。读者ChanAndy提出:“目前的开关电源IC输出功率一般不超过150W,是不是可以用两个IC复合工作输出300W？”对此,凌特的罗晓泉指出:“可以考虑采用多相技术来扩充电源的输出功率。可以考虑用多相控制器来实现, 如LTC3707、LTC3728、 LTC3727和 LTC3732等等,或用LTC6902作为多相时钟源来控制几个DC/DC电源。”读者张远程也指出通用的PWM控制IC只输出一路PWM方波或者两路互补的PWM方波,而多相PWM控制IC输出二到四路顺序相位PWM方波,输出方式为多路并联输出,优点是输出纹波幅值较小(多相分电流,输出滤波器参数较小)、频率较高(多相频率叠加)、效率较高。

二、电源转换效率和整个产品的低功耗设计关系VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="">

许多工程师比较关心电源转换效率和整个产品的低功耗设计关系,读者ybzj提出:“我在设计一件便携式产品中,整个产品的功耗是十分重要的指标。我想请教一下,电源转换效率和整个产品低功耗设计的关系？在开发过程中,为了实现产品低功耗,开发工程师所能够支配的环节？”对此,凌特的陈晓兵指出:“首先,我们可以考虑便携设备中的功耗分布。电源功耗常常是总功耗中的一个显著因素。所以提高电源效率,减少电源功耗,对于设计一个高效率的便携设备是非常重要的。为了得到一个高效率的便携设备,设计工程师要选择一个低功耗系统设计方案,以使系统的自身功耗比较低,还须认真考虑电源的方案,使其既能满足系统对其提出的各种限制条件,例如:尺寸大小,干扰限制,等等,又能尽量做到高效率。”

三、 宽输入范围的问题

现在,便携式设备的输入电源通常有很宽的变化范围,针对此类问题的电源设计常常困扰着工程师。读者阿拔斯就指出一节锂电池的变化范围会在2.7V至4.2V,三节碱性电池会有2.4V到4.8V的变化范围,如果该设备还要接受AC适配器输入的话,上限可能还会高达7V至8V左右。对于如此宽范围的输入,要高效地获得稳定的3.3V主系统电源,简单的boost和buck变换器都无法胜任。而在booster+LDO结构中,LDO的散热是个很大的问题,采用变压器时,线路会显得过于庞大,效率也不太理想。对于这样的问题,该如何解决？

对此陈晓兵建议:如果系统使用单节锂电池,AC适配器的电压定在5+/-5%的范围比较好,既能减小锂电池充电器的损耗,又能使用低压的电源变换IC。如果使用低成本的AC适配器,因调整率差而使输出电压变化范围大,则只能增加系统电源变换线路的成本。他指出SEPIC线路适合这类变换要求,但效率稍差。

凌特的卢志豪还针对工程师对SEPIC的疑问做出了解释,他指出SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)是是通过两个电感分别的蓄能而达到输出电压可大于或小于输入电压的。可以不用耦合电感,两个独立的电感也可。

本次研讨中,工程师还就反激式小功率电源的效率、多电源供电的选择、DC/DC的最大输出电压问题等和专家进行了互动,欲了解详细信息请登陆。

作者:张国斌 王丽华