为下一代家电供电:如何积少成多?

1T0-220形状因子的高效5V1A开关电源设计

 

“积少成多”——这是我们一贯坚持的目标,对于电器功耗来说尤其如此。作为设计师,您的目标是获得更多的电流为更多的子系统供电,同时降低总体功耗。

为家用电器添加新功能当下很流行,例如,当洗涤循环完成时,洗衣机会发送消息;或者在屏幕上或通过电子邮件发送图片显示冰箱内部情形。这些附加功能需要新的子系统,如无线通信、传感器、人机界面(HMI)和照明,这些都需要电源。

同时,电器需要消耗尽可能少的功率,以便限制它们对环境的影响,降低消费者的电力成本,并且成功地通过越来越严格的能量评级。

此外,成本、尺寸和可靠性始终是关键要求。

低压差稳压器(LDO)传统上用于家用电器,从12V电压轨产生5V或3.3V电压。但是LDO的效率真的很差。图2比较了TO-220形状因数与输出电流中,LDO和高效率DC / DC开关模式电源(SMPS)参考设计中的12V输入和5V输出的功耗。

 

2LDODC / DC开关模式电源消耗的功耗与输出电流的关系

 

正如所料,LDO的效率很低,这就是为什么其最大输出电流有限;它还需要大体积的散热器来消散损耗。在DC / DC转换器中不需要散热器,并且所有四个参考设计都包括TPS54202降压转换器。

您可以使用DC / DC转换器将12V转换为5V或3.3V,实现更高的效率和更高的电流驱动能力,为多个新子系统供电。此外,这将减少消耗的输入电流,可帮助器具通过严格的能量评级。

TI有四个参考设计来解决这些问题:

 

所有四个SMPS参考设计均与传统用于设备中的LDO的TO-220封装引脚兼容,因此在评估/重新设计阶段,可通过将LDO与DC / DC参考设计进行交换来进行快速评估。

其他信息

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  •        一个好的产品,电源部分的设计尤为重要,它不仅可以给系统提供稳定的电源和电流,还可以将EMI的干扰降到最低,满足系统使用环境的要求,使产品性能、可靠性得到保障。对于LDO和DC/DC电源芯片的选择,需要从功耗、转化效率、体积、成本、封装等方面进行考虑。两者之间对比:LDO在成本、噪声、纹波上有优势;DC/DC在转化效率、输出电流上有优势。在产品电源设计方面,如果系统要求输入电压是12V或24V,输出是5V或3.3V电压、1A至4A电流,肯定首选DC/DC电源芯片,转化效率高,大电流,发热量小,但是需要考虑外围电路的选择,特别是电感、电容、二极管的参数是否满足要求,设计比较复杂。如果系统要求输入电压5V或3.3V,输出3.3V或1.5V电压、0.1至0.5A电流,肯定选择LDO,外围电路简单,噪声和成本低,很适合敏感电路的使用。看过TPS54202降压转换器,它的4种参考设计的性能不错,可以在以后的设计中提供使用和参考。

           在产品电源设计时,我会优先采用TI提供的电源设计方案,通过WEBENCH® Designer软件,较快的设计出DC/DC电路,同时对外围电路的设计也变得简单,大大降低研发的时间和成本,经过三年对TI电源芯片的使用,电路运行稳定、可靠。所以TI的产品不仅种类多,性能好,而且方案优越,值得推荐。

  • LDO相对于DC-DC稳定性好,负载响应快。输出纹波小,其内部包含二极管、三极管、运放等,要想很好的减小其功耗,积小成多,还是得从其内部结构做文章吧,当然现在的DC-DC芯片做得已经越来越好了,转化效率十分高,能量损失小,看到这个芯片不得不说TI果然是大厂家,芯片的可替代性强,pin to pin,3.3V能输出1A 还是很赞的!

  •       这个开关电源模块确实让人眼前一亮,虽然尺寸很小,但是输出电流能力却不赖,如果我把这个模块和LDO结合起来使用,那不就可以得到效率又高而且纹波有小的电源产品了吗。这样既体现了开关电源的优势也融合了LDO的优点。将其应用在家电领域的智能模块和人机接口的显示驱动面板将会是一个极好的选择,随着家电产品的升级更新与换代,智能化模块会越来越多的出现在家电产品中,每台家电节约一点电能,那么成千上万台家电积累起来,那将是对自然界的一种极有力的保护。

  • 双层TO-220外形参考设计中的5V 1A、低EMI、94%效率的DC / DC SMPS。

    双层TO-220外形参考设计中的3.3V 1A、低EMI、92%效率的DC / DC SMPS。

    单层TO-247外形参考设计中的5V 1A、低EMI、94%效率的DC / DC SMPS。

    单层TO-247外形参考设计中的3.3V 1A、低EMI、92%效率的DC / DC SMPS。

    TI 设计的尺寸合适,低emi,效率高的dc、dc产品,能够对产品的设计代理便利,能耗比更好,对地球环境做贡献,整体ti的产品还是不错的。

  • 这个电源模块很给力,体积小,功率大,低EMI,效率高,这样可以应用在很多领域,使用简单方便。

  •  LDO线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小,这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少,通常只需要一两个旁路电容。

     近几年来,随着半导体技术的发展,表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低,体积越来越小。由於出现了导通电阻很小的MOSFET可以输出很大功率,因而不需要外部的大功率FET。其次,对于中小功率的应用,可以使用成本低小型封装。另外,如果开关频率提高到1MHz,还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能,如软启动、限流、PFM或者PWM方式选择等。

     TPS54202H输入电压范围为4.5V至28V的2A同步降压转换器。该器件包含两个集成式开关场效应晶体管,并且具备内部回路补偿和5ms内部软启动功能,可降低组件数。通过集成MOSFET并采用SOT-23封装,TPS54202H获得了高功率密度,并且在印刷电路板 (PCB) 上的占用空间非常小。

     TI不断推陈出新,不愧是业界大哥啊!

  • 我们都知道一个开关管的工作过程可以分为四个环节,分别是开通过程、关断过程、截至过程。关于开关管工作的过程中形成的电压电流 的弧度波形是分阶段的,每个阶段时间都需要不同的字标来记录过程的,在一个开关管从关闭截至状态到通电过程中电压上升的这个时间点,或者是在导通转通过程截至之后的电压下降的这个时间点,开关管的相应电流是不会立即下降的,不会从第四阶段直接下降到第一阶段,而是通过某种斜率来逐渐从上往下逐渐慢慢往下降低或者往上上升,这样就会在开关过程中产生相应的开关损耗,根据相应的电流波形就可以看出开关管的电压上升过程中,起止的电压和电流都是不一样的。在下降期间电压和电流都是不一样的。在下降期间电压和电流有一个表现公式,在开关管开通的时候又是另一个表现公式,相应的在开关管关闭的过程中又会有一个新的公式。

    目前看来,新研究出的大功率的开关管的设计生产手段都非常完善成熟了,就算是在晶体管的表体温度达到将近100摄氏度的时候功率只会达到1~3V,一般当电压为220v的时候要整体直接流率之后变成直流的电压,其中的值为330v左右,约为百毫安内到数安内。应该考虑将到开关管在导通阶段之内的损耗降到最低。

  • LDO主要还是应用于低压差转换、高精度和低温波低噪声的需求中,通常如果输入电压在12V或者24V时,汽车应用领域必定会有一颗DCDC来提供高效的系统电源接入,对于核心芯片或者芯片核心电源,一般会使用LDO转换来完成,确保核心电源的稳定性,当然有时为了讲不同电源进行隔离,也会选用LDO来充当“保护伞”的角色,毕竟LDO的成本相对于DCDC很有优势,封装和外围电路占用的PCB面积也很乐观!

  •       以前的家电功能相对单一,用户的满意度期望值远低于现在,在即将进入万物互联的现在,我们对用电器开始有了不一样的需求。我们希望家电变得人性化起来:帮你洗衣拖地、帮你做饭洗碗、告诉你今天哪家商家的商品比较优惠,等等。在我们的需求不断膨胀的同时,必然是各种传感器+通讯+人机界面+机械驱动的交错组合。可想而知在这样的需求下必定催生(或说已经催生)出复杂的用电需求。

          这时候,使用低效的LDO变得不切实际。DCDC转换器虽然在静态功耗、输出精度、纹波上逊色,但是无论在效率、供电范围、输出能力上都比LDO有优势(效率高:意味着发热少,需要的散热空间小,对周边电器的设计寿命影响小;供电范围宽:一个前端电源可以为尽可能多的DCDC供电,降低电源的复杂程度;输出能力强:更好的应对多种设备的共同用电需求)

          TI无论在LDO,还是DCDC,都有很多用于不同需求的成熟方案,且TI产品在兼容性上不错。

  • 开关电源是工业领域中常用的设备,在技术水平的提升下,开关电源的热设计水平也得到了有效提升,开关电源是由

    多种元器件组成的,每一种元器件的热功能都存在差异,其共同影响着开关电源的功耗,继而影响到开关电源的工作效率。开关

    电源是由不同的元器件组成,每一种元器件的功耗都是存在差异的,在设计过程中需要综合考虑各类问题.

  • 当前由于物联网的概念,很多的家电都会增加wifi模块,而wifi模块则要24小时在线,等待用户发来的命令以控制家电进行相应的动作,这样的产品中。如果使用了LDO,可想而知,由于LDO本身的功耗,可以说是365*24的在耗电,而且耗的不少,那么1年,只是浪费的电费就不少了。

    与LDO同封装引脚的DCDC模块可以方便的更换产品中的设计,而不用再重新修改硬件设计,对于产品升级来说是极大的便利。

    还有DCDC本身带有的高频因素,如果是要求严格的产品,电路中也要作相应的处理,而这四个参考设计,都是人氏 EMI的产品 ,效率也是很高的,可以说是替换TO-220或是TO-247封装LDO的绝佳方案了。

    不过,可以将成本进行一下对比,从而取得最优的方案。

  • 功耗问题确实是现在电子行业面临的一个重要问题,一般来说降低功耗有常见的8个方法,1 降低功耗从MCU选型开始2 选择器件用电电压3 尽量降低器件的工作频率4 尽量使用中断让处理器进入深度睡眠5 尽量关闭MCU内部不用的资源6 尽量使用VMOS做为外部功率扩展器件7 片外IC的电源最好都能由MCU的IO控制 8 改变占空比。TI的产品和设计一直都在追求着能降低更多的功耗,是工程师很好的工作伙伴。

  •        第一次看到这个方案时感到很神奇,在仅有TO220封装外围尺寸的PCB上竟然达成了这么优异的性能。与当年使用的78XX系列相比,78XX只剩下引脚兼容了。在所给出的四个参考设计中可以看出都具备低EMI、低功耗、低散热,并且效率更是达到94%(5V/1A)和92%(3.3V/1A),这些优良的指标都得益于TI所推出的高品质降压转换器芯片TPS54202,与TO220封装引脚兼容使其应用更加方便自如。