您最近是否将电视升级为具有更大屏幕和超高清分辨率的电视？您是否安装了六通道同步数字视频录制的新机顶盒？您的调制解调器是否支持200Mbps Wi-Fi速度？您可以用您的智能手机控制家里的空调或汽车点火吗？
技术确实发展得非常快，在幕后不断的创新实现更好的性能，新颖的功能和更时尚的设计是下一代消费设备开发的基础。
例如，我对新一代数字电视以及主要品牌如何继续发布具有更高图像分辨率、更时尚设计和更大屏幕尺寸的型号感到惊讶。他们现在正在谈论到2020年实现8K HD。除此之外，领先的制造商在过去10年中大幅下调定价，尽管与之前的型号相比功能和性能有所提高。
对于消费电子产品的直流/直流电源解决方案也是如此。有技术和创新的需求。像TPS562201、TPS563201和TPS564201等直流/直流解决方案更小，更简单，但却有更高的效率降低功耗，满足市场需求。
更好的效率
由于称为引线框上倒装芯片（FCOL）的封装技术的最新进展…
移动电源用于智能手机或平板电脑等便携式电子产品的流行个人装置，其时尚而薄的外形意味着有限的电池容量。移动电源是便携式二次电池，用于在无法使用交流电源时存储能量。
图1是有两个USB端口的移动电源操作板。一个端口是迷你USB，将电源线连接到USB充电适配器以在移动电源中存储能量。另一个USB端口是用于在路上为智能手机或平板电脑充电的标准A型USB端口。
图1：移动电源操作板
根据外形因素和预算，移动电源可以使用不同的电池。图2a为用于智能手机电池容量为几千毫安时（mAh）的移动电源，使用锂聚合物电池来实现薄外形。另一种具有数万mAh电池容量的电池，通常使用18650电池（直径为18mm，高度为65mm的圆柱形电池），以合理的成本实现高充电容量。图2b是在壳体内并联多个18650圆柱形电池组的此类移动电源的示例。
（a）
（b）
图 2.不同外形尺寸的移动电源
移动电源的外形决定了移动电源的尺寸和容量…
测量低电压（＜1V）/高电流（30-150A）电源的示波器输出纹波和动态响应一直是一项挑战，每种新设置都有自己的误差。使用示波器“tip-and-barrel”方法或专用匹配阻抗的电压检测电缆解决了探头引线接地引起的误差。但是，即使使用最好的探测方法，也可能得到失真的输出测量，尤其是在应用或去除动态负载时。我注意到两个误差来源：
让我们更深入地观察第一个误差源。如果示波器接地到与电源或输出负载相同的建筑物接地线路，那么负载变化可以驱动示波器探头接地外壳中的电流。该电流乘以外壳的阻抗将显示为示波器本身的电压，可能淹没尝试测量的实际纹波。这种接地外壳电流的其他来源包括具有噪声的实验室电源本身…
如今，系统设计师需要对电源管理更加精通。因为功能和应用数量不断增加，对电池容量的要求也会更高。用户也要求较短的充电时间，这需要更快的充电电流。
但是，由于半导体封装的热限制，单个充电器可能不能支持所需的高充电电流。没有人喜欢握住一个摸起来发热的设备。通过添加一个与主充电器并行的辅助充电器，您可将总充电电流升到75％-100％。这就是所谓的双充电系统。它一般可作为一个很好的解决方案用于支持大于5A的充电电流并穿过电路板散热。
一般来讲，一个双充电系统包括一个主充电器和一个并行充电器。正如图1所示，主充电器需要控制整个充电过程，而并行充电器默认为禁用，通常只有当高充电电流必要时才会操作。
图1：双充电器系统简化框图
对于双充电器应用来讲，没有必要使用两个全功能的充电器集成电路。专用、专门设计的并行充电器集成电路仍然可完美运行，并节省部件成本，因为并行充电器无需主充电器的所有功能。作为一个专用并行充电器，其充电在默认情况下应禁用…
有时，在多种电压参考拓扑之间做出选择时有点像儿你在早上起来是喝咖啡还是喝白水。当然，喝水让人感觉清爽，并且具有排除体内毒素的功效，不过咖啡中的咖啡因真的十分有必要。
同样的，串联基准提供低压降，不过并联基准能够处理任何的输入电压。而与并联基准一同出现的外部电阻器将二者结合了起来。通过仔细认真的选择，外部电阻器将使你能够具有一个能够支持宽输入电压范围，并且能够实现低压降运行的电压基准。
为了使支路电流保持在器件的工作电流范围内，你必须选择一个电阻值范围介于方程式1与2所定义电阻值之间的外部电阻器：
通过以即时数字和可视化反馈的方式，提供输入对于输出影响，TI的全新External Resistor Quick Start Calculator（外部电阻器快速入门计算器）工具简化了电阻器选型。请见图1。
今天的博文是一个动手操作项目：你将用一个氮化镓 (GaN) 功率级、一个Hercules™ 微控制器和一个滚轮来调节一盏灯的亮度。我将会谈到其中的硬件和固件。先给你的焊接设备充上电，我们马上开始。
你可以用很多种方法来控制GaN功率级。针对LMG5200 GaN半桥功率级的TI用户指南使用了一个无源组件和分立式逻辑门的组合。在这篇博文中，我将会讨论到如何用一个Hercules微控制器来驱动它。图1显示的是将用来驱动LMG5200的Hercules模块。
GaN与Hercules功率级是天生的一对儿。它们在工业和汽车应用中都能发挥很好的作用。Hercules脉宽调制 (PWM) 模块具有专门的硬件来驱动这些信号。死区发生器 (DB) 子模块非常适合于生成你所需要的死区时间。
设置
图3显示的是将连接在一起的硬件模块。负载是一个常见的灯泡。一个德州仪器…
我每天都期待着两件事情：与我共事的人，以及我将要使用的技术。不过，我有时候也会花些时间反思一下，在这个行业中，高压创新会发展到什么水平，它又将为我们带来怎样的惊喜。由于我的团队正在帮助推动高压电源转换方面的创新，我有幸能够亲眼目睹我们用户如何利用全新电源产品，创建系统级设计，在节能和能源创新方面真正的改变我们的世界。
在高压电源转换方面，往往是仁者见仁、智者见智。在TI，我们经常将其称为基于硅芯片的器件，它的主要用途就是转换或操纵一个100V或者电压值更高的电压轨。
对于很多人来说，高压方面的创新也许看起来微不足道，或者仅仅是“想到过、尝试过”—特别是，你可以想一想，集成电路 (IC) 自从Jack Kilby时代以来，它 (IC) 已经取得了怎样的发展。不过事情远非如此。
以栅极驱动器为例，传统电路使用栅极驱动变压器，这种器件会占用很多电路板空间。诸如TI 600V UCC2771…
在知道用电之前，人们用蜡烛照明。这在过去是常用的能在黑暗中视物的照明方式，但灯泡的发明显然是更好的解决方案。
像蜡烛一样，功率MOSFET（功率场效应晶体管）是切换负载最常见的方式，其四周围绕着众多分立电阻器与电容器（以及用于控制功率MOSFET的双极结型晶体管（BJT）/第二个场效应晶体管）围绕的功率MOSFET）。但在多数情况下，使用全面集成的负载开关具有更显著的优点。
系统中的负载开关在哪里
一个典型系统包括一个电源和多个负载，需要各种不同的负载电流，如Bluetooth®、Wi-Fi或处理器轨。多数情况下，系统必须独立控制哪些负载开启，何时开启，以什么速度开启。利用分立MOSFET电路或集成负载开关便能完成这种功率切换，如图1所示。
图1：从电源切换到多个负载
分立MOSFET电路包含多个组件来控制分立功率MOSFET的导通与关断。这些电路可通过来自微控制器的通用输入/输出（GPIO）信号来进行开启或关闭…
在长途飞行或参加时间较长的会议时，如果你需要为智能手机或平板电脑充电的话，充电宝就是一个必备设备。在事先为充电宝充电后，你可以将其内的电能高效地传输到你的便携式设备中，从而实现更长的运行时间。为了给你的设备提供足够电能，充电宝应该具有一个大容量电池—比你设备电池的容量高一个数量级。它还应该将非电池电路保持在尽可能低的水平上，这样的话，它的尺寸就不会比你的手机大多少了。最后，充电宝的效率必须非常高（95%以上），在电力传输时不会浪费电能，也不会变得过热。
图1显示的是一个典型充电宝供电系统配置。由于电源几乎一直是一个单节锂电池，而输出电压始终为5V左右的USB端口，充电宝还需要：
图1：典型充电宝供电架构
TPS61088是一个传统升压转换器…
热力学中常犯的一个错误就是选择和线性稳压器一样简易的装置。当设计上台面后，设计师通常会意识到自己的错误。更糟的是，由于稳压器的运行温度超过其额定温度，这种设计在实际使用中会发生故障。凭借新型线性稳压器的新功能和规格，很容易忽视封装中消散的功率。
记住，线性稳压器基本上由一个旁路元件和一个控制器组成。该元件是一个晶体管，可以在控制回路的帮助下作为可变电阻器，在旁路元件和负荷之间形成一个分压器。
图1. 线性稳压器框图。注意，旁路元件将在其自身和负荷之间形成一个分压器，起到耗散功率的作用。
人们常常忽略了它并非一个神奇实体的事实。旁路元件上的电压会降低，并逐渐升温。例如，如果图1中的电路有100毫安的恒定负荷，则可以将其简化并模拟用于图2所示的热目的。当输入电压为5V，输出电压和功率分别为3.3V和100mA时，旁路元件耗散的功率将达到170MW。
那么如果输入电压为24伏时会怎样？此时的耗散功率为（24-3.3…
正如上一篇系列文章所述，利用运放反馈与基准电压生成任意大小的直流电流是一个简单、直接的过程。但是，假设须要生成一些任意数量（以N为例）的电流沉/源(current sink/source)，而每个电流沉/源的大小任意，可能须要针对不同阶段的一些复杂模拟电路进行偏置。虽然基准电压的生成仅须一次实施即可，电流沉整个反馈部分的重复进行却使成本与设计空间密集化。那么问题来了：是否可以使用单个反馈源来实现这种偏置网络呢？答案是肯定的，尽管这有些复杂，也须满足某些特定条件。该网络（本文分析中仅以电流沉为例）如图1所示。
最终MOSFET（金氧半场效晶体管）源电压VS以及RSET电阻决定着各柱上的灌电流（sink current）；通过去除来自外部电流沉柱的反馈(即所有N>1)，已失去对VSN的直接控制。因此，RSETN必须精心选择以生成预期的任意第N个柱的灌电流，即ISINKN。仔细观察上面的图1，很容易得出定义偏置网络第N个柱电流与第1个柱电流的比值的等式…
在过去，当板级空间充裕和机械外壳很大的时候，可以容易地直接把一个低压差稳压器 (LDO) 安放在印刷电路板 (PCB) 上，使用额外的铜箔，并增设一个用于管控热量的散热器。但是在 Industry 4.0（工业 4.0）系统中，工作流程就不是这样了。此类智能型系统采用了更加精细复杂的处理器，并在没有气流的较小外壳中需要更多的电源。因此，倘若回到过去 10 年里您一直在使用的线性稳压器，这种情况的挑战性要大得多。现在，您必需考虑运用更加高效的电源技术。
为了提高系统效率，可以使用 LDO 或开关稳压器。输入电压越接近输出电压，LDO 的效率改善幅度越大。开关稳压器专为提升效率而特别设计，但是需要承担更多的设计工作量，并为电感器提供额外的板级空间。
市面上的一种新型选择是集成电感 DC/DC 转换器，其整合了高开关频率稳压器与小型片式电感器…
在第一部分的末尾，我开始谈到无负载输入电源电流的相关内容。不过，在我继续下面的内容前，还有一个“静态”电流需要引起你的注意。
很多DC/DC转换器具有一个为转换器内部电路供电的内部低压降稳压器 (LDO)。在目前的稳压器中，LDO的输入通常由这个转换器的一个外部引脚提供。它通常被称为“偏置引脚”，不过，请先查看数据表，以确保转换器上有这个引脚。当这个输入被连接至稳压器的输出上时，这个偏置电流作为转换器输出上的一个额外负载。与其它所有负载一样，这个负载按照输入电压与输出电压之间的比率向下转换。由于它减少了输入上的电流，并因此提高了效率，所以一个首选的连接方式。
现在让我们再回到无负载输入电流。你有时在数据表中找不到这个输入电流，或者它未在你所需要的条件下被指定。在这个情况下，你可以使用方程式1来估算出一个降压稳压器的无负载输入电流：
由于这个方程式没有将转换器中的损耗算在内…
在过去至少20年间，MOSFET已经被选择为很多开关模式电源设计的开关器件。由于它们较高的开关速度和更加简便的驱动特性，MOSFET已经取代了很多应用与功率级中的双极性结型晶体管 (BJT)。然而，对于基于反激式的低功率AC/DC充电器等应用，相对MOSFET，BJT具有某些明显的优势。
由于它们不同的器件结构，高压BJT的制造成本要低于高压MOSFET。正因如此，额定电压在1kV或者以上的BJT的价格要低于通用输入离线反激式转换器中常见的600V或650V MOSFET。
优势是显而易见的。由于BJT具有较高的电压额定值，泄露尖峰会高出几百伏特，不过仍然处于所要求的开关降额设计范围内。根据尖峰的幅度不同，常常有可能在不使开关过压的情况下完全移除缓冲器。
移除缓冲器
优点：
在工业应用中，采用能够耐受恶劣环境和极端电气条件且坚固可靠的封装解决方案是非常重要的。随着集成电路的发展及小型化态势，封装技术也不断进步，并呈现出尺寸逐渐减小的趋势。采用小型封装能够缩小整体解决方案的尺寸，但其弊端在于难以快速简便地对现场出现故障的电路板进行返修，也给系统散热带来了难度。
在许多工业应用中，与个人电子产品的空间相比，整体解决方案的尺寸并没有那么重要。因此，采用操作简便、具有出色散热性能、更加坚固可靠的封装方案来延长工业终端设备的使用寿命才是明智之举。
集成电路具有多种形状和尺寸，与给定电路的物理连接方式也多种多样。本文将讨论德州仪器的LM257x、LM258x、LM259x及LM267x SIMPLE SWITCHER®降压稳压器的封装鲁棒性，具体而言就是探讨这些封装方案与同类部件相比如何提供最简单的组装，以及它们的卓越散热性能和湿度敏感性。该TO-263封装的额定功率为湿度敏感性等级（MSL）3…
控制器能够调节最高输出电压：例如，LM5140-Q1能调节的最高输出电压是15V。但在很多应用中（如在一种工业应用中，为可编程逻辑控制器(PLC)和工厂自动化设备供电的标准运行总线为24V），设计工程师需要调节更高的电压。
在本文中，我将介绍如何使用LM5140-Q1为具有24V输出电压、3A负载电流的工业应用提供电源。LM5140-Q1专为需要调节8V以下输出电压的汽车应用而设计。增加一些外部组件后，您可以将LM5140-Q1用于工业应用。
开始设计前，应考虑以下事项：
LM5140-Q1需要一个连接VCCX的外部5V偏置电源。
需要对缓冲放大器进行OR’d二极管配置，以确保启动时的功能运行。
VCCX绝对最高电压是6.5V。
VOUT引脚需要较低的阻抗输入。阻抗足够低的电阻分压器可吸走大量电流，从而影响系统的效率。
LM5140-Q1内部斜率补偿会控制电感器和RSENSE的选择。
…在本文上篇中，我谈到了一个模糊的想法——一台物联网模块灯——这个想法可用于布置我新生宝宝的房间。准备工作已经完成，现在就开始动手制作原型机吧！
制作原型机
如前文图一方块图所示，一个与TPS92512 连接的TI SimpleLink™ Wi-Fi® CC3200无线微型控制器(MCU) LaunchPad™工具包可用来驱动LED光束。我用了一个12V的开关电源器作为电源供应，并用Energia为CC3200撰写了固件。你也可以使用代码生成器™集成开发环境（IDE）撰写固件，这是我最喜爱的工具，但在这里，代码示例和Arduino界面可大大加快我们制作原型机的进程。
我用最新的固件创建了CC3200无线微型控制器LaunchPad工具包，并编程工具箱使之可在MQTT（消息列队遥测传输）代理器上就某特定话题进行对话。MQTT是一种小型传输协议…
DC / DC转换器的电流限制规格有时会让不熟悉此类型调压器的设计师感到困惑。此系列博文包括两部分，我希望此内容能帮您消除一些困惑。
首先，DC / DC转换器数据表中的电流限制规格与低压差稳压器（LDO）的规格并非代指同一内容。对于一个LDO，电流限制值是当调压器处于过载或短路条件时，该装置提供给输出的最大电流。对于降压转换器，数据表将在电感电流的峰值或谷指定限制。然而，正是平均电感电流代表降压转换器的输出电流。方程1和2将电感电流限制转化为最大输出电流：
作为一个示例，让我们将LMR16030从24V输入转换为5V输出。如图1所示，数据表中给定的最小峰值电流限制为3.8A。
图1：LMR16030电流限制规格
使用公式1，将数据表选择的电感器作为示例，您可得到：
注意，这是一个“3A”调压器，但在这些条件下，您可得到多于3A的负载电流。
取LM…
作为电源电子工程师，有一个说法是没有成功不基于电源设备爆炸的教训。这在我多年调试基于硅的MOSFET的开关模式电源的经验中似乎是真的。正是通过尝试、错误和研究设备故障，才学会了如何设计可靠工作的转换器。
在氮化镓（GaN）功率FET的早期阶段，故障很常见。更严格的栅极环路设计要求，更高的dv/dt和共源电感的影响使得电路对寄生和噪声更敏感。当TI推出第一个600V GaN功率级样品时，我惊叹于该产品的可靠性和其自我保护功能的有效性。即使功率级已经通过严格的测试验证，我以前的硅器件经验让我对其在实际使用中的可靠性也感到好奇。更重要的是，这些功能会改变电路原型和调试的传统智慧吗？
在最近的交错式转换器设计中，我使用了两个具有一些基本直流总线设计的TI半桥LMG3410-HB-EVM评估模块（EVM），由UCD3138数字脉宽调制（PWM）控制器控制。当两个交错的半桥结合在一起时，我看到PWM信号反复受到高dv/dt（100V /ns…
正如在此电压基准系列中之前文章中所讨论的，使用运算放大器反馈和电压基准可以简单直接产生任意大小的直流电流。为此，我们已经介绍了几种外部运算放大器架构，用于实现单独或网络拉电流和灌电流。在本系列的最后一篇文章中，我们将讨论利用电压基准内部反馈的架构。让我们从考虑电压基准的符号及其实际功能框图开始，如下图1所示。
图1：电压基准及其功能框图
我们借用了齐纳二极管的符号，因为这基本上是电压基准的行为；然而，这种行为是通过巧妙的设计而不是简单的设备物理单独实现。考虑在以前文章中使用的自身基准（负极基准绑定）配置，如下面的图2所示。
图2：电压基准典型操作
那么，我们如何评价这一设置？首先，我们可以大大简化和定义图2中所有电流的情况，如公式1所示。
也就是说，IBIAS是双极结型晶体管（BJT）的运算放大器静态电流IQ和发射极电流iE
…需要瞬时备用电源的应用的增多促使对超级电容器的需求增加。超级电容器（supercapacitor，也称为ultracapacitor），是具有比常规电容器存储更多能量的能力的电化学电容器。超级电容器可以比电池更快的充电和提供能量。图1比较了常规电容器、超级电容器、常规电池和燃料电池的功率和能量密度。
图1：不同能量存储设备的能量与功率密度
超级电容器的显着优点是其在老化之前可以循环数千次，而电池则只能循环数百次。此外，与图2所示的电池相比，超级电容器具有深度放电的能力。然而，由于电解质的分解电压，大多数超级电容器的最大额定值为2.7V-3V。图2比较了超级电容器和电池的充电/放电曲线。
图 2：超级电容器和电池的充电/放电循环
超级电容器的最新发展已经引入可充电至较高电压（高达4V）的锂离子混合电容器，该电容器自放电较少，因此具有较高的能量密度。这些超级电容器的缺点是不能放电到低于约2.2V，否则将被损坏…
无线连接和低功耗嵌入式处理技术的进步已为智能家居和楼宇提供了新的应用。当然，大部分智能家居系统都具有一个处在固定位置的控制面板或基本单元，可以插入交流电源系统。但也可能有一些构成整个系统一部分的分布式（和可移动）无线传感器或摄像头。这些外围设备并不总是靠近永久电源。图1所示为具有多个远程外围设备和中央网关（控制器）的典型系统。
图1：智能家居的示例
这些无线传感器或摄像头中的许多类型将需要电池且频繁使用，需要定期更换电池，从而增加了维护成本。因此，对于这些模块化配件，可充电电池越来越受欢迎。在某些情况下，控制面板单元也配有电池，以在交流电源故障的情况下提供备用电源或报警。
若您正在开发智能家居系统，您可能希望将您的工作集中在系统功能上，而非集中于供电和再充电的基本任务。由于锂离子电池近年来变得如此普遍，因此专用充电IC解决方案有许多选择。
对于小电池和低充电电流，您可使用经济高效（且相对容易实现）的线性充电器…
如今，我们在市场上看到越来越多带有USB Type-C™和USB功率输出（PD）端口的电子产品。这些产品的覆盖范围从手机、笔记本电脑和移动电源到无人机、电动工具以及智能家居和便携式应用。USB PD标准允许在协商后进行高功率传输，并对端口背后的内容提出了新要求：即充电器IC。
一方面，作为器件，您的设备应能够协商源头提供的最高电压（5-20V）和电流，以便为电池充电，为系统提供电源。另一方面，作为主机，您的设备应从一健拷贝（OTG）方面向外围设备提供电池的最大电压（5V-20V）和电流。
对于具有单节或多节锂离子（Li-ion）电池系统的器件，降压升压电池充电器是与我所描述的要求相兼容的良好解决方案。当设备充电时，如果电压源高于电池，则降压升压电池充电器可以降低（降压）电压源以对电池充电，或者可以另行提升（升压）电压源…
线性稳压器，升压（升压）或降压（降压）——这些是大多数智能锁的三种电源拓扑。您为您的设计选择哪一项？为什么这点重要？
任何物联网（IoT）设备的成功取决于其易用性。主要在于，易用性意味着易于连接和控制设备。但它也是指联网设备的维护不足。由于电池需要更换，多久将其关断一次？
智能锁的电源必须支持无线微控制器（MCU），例如SimpleLink™Bluetooth®低功耗CC2640R2F解决方案；一个转动锁的电机驱动器，如DRV8833；及任何其他外设，如发光二极管（LED）。从根本上讲，将电池电压转换为负载有三种方法：只需用低压差（LDO）线性稳压器降压，用升压型DC/DC转换器进行升压，或者用降压DC/DC转换器进行降压。
图1所示为具有LDO的智能锁的基本框图，如TPS76625。一些工程师考虑使用LDO，因其成本低。在大多数情况下，LDO的集成电路（IC）成本低于降压（降压…
当需要执行降压电源转换时，开关稳压器是一种高效设备。得益于新的应用，针对这些产品，宽输入电压（VIN）空间（TI认为其> 30V）的使用范围越来越广。
图1所示为具有宽VIN的主要应用，以及它们的标称总线工作电压范围和DC / DC转换器将看到的瞬态范围。在这些应用中，用于汽车和高槽电池应用（如电动自行车、GPS跟踪器和无人机）的48V电池的问世使得对高达48V宽VIN的需求不断增长。 > 48V空间要求DC/DC转换器承受由负载突降、雷击和电动机的反电势等原因导致的高达100V的瞬态，同时仍调节12V和5V输出
图1：应用的工作电压范围
设计人员传统上通过在前端设置钳位电路来处理这些瞬变，使得转换器观察不到尖峰。图2所示为汽车系统示例，其中前端电路向设计添加了十多个组件。所有这些组件相加即为额外成本和空间。此外，随着电压升高，诸如二极管和电容器的关键部件的额定值也增加，这会导致成本呈指数增加。
TI…
模拟
汽车
DLP® 技术
嵌入式处理
工业
电源管理
