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。

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  •        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。

  • 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。

  • 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。

  • 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.

  •       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。