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[参考译文] 用于电子音乐仪器的 PSU

Guru**** 657500 points
Other Parts Discussed in Thread: LM25085, TPS563200, LM5088, LMZM33603, LMZM33606, TPS54320, TPS54620, TPS54560B, TPS54560
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/773420/psu-for-electrical-music-instruments

主题中讨论的其他器件:LM25085TPS563200LM5088LMZM33603LMZM33606TPS54320TPS54620TPS54560BTPS54560

大家好! 我是一名电气工程学生、尝试设计一个用于电子音乐仪器的 PSU。 输入为15V 开关桌面 PSU。 我需要3个不同的电源轨:+12.7V (2.9A)、-13V (2.8A)、+6.5V (1.1A)。 主要要求是、它必须尽可能无噪声和纹波。 以下是我的问题;

哪种降压控制器最适合此应用? 每个电源轨是否应该使用相同的控制器? 每个控制器是否应以相同的频率工作? 我可以在同一 PCB 上布局所有电源轨吗?

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    以下是需要考虑的一些事项。
    假设正电源的效率为90%、负电源的效率为85%、您就可以得到大约
    15V 输入提供96W 功率;约6.4A
    2.如果您可以忍受正电源中的功率损耗、它们可能是 LDO;不会产生噪声。 这将使负载增加15V
    3.负电源可以使用普通的降压转换器作为反相降压/升压转换器;您将需要一个大于3A 的器件。
    4.您可以将它们全部放在一个 PCB 上,同步是一个好主意。
    5.我会尝试获取候选器件的 EVM 并以这种方式进行测试。
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    Seyfullah、

    有许多可能的解决方案。   我将从 Webench 电源架构开始:

    您可以输入您对3个电源轨的要求。  我已提交您的要求、工具已返回:

    电源1、LM25085、12.7V @ 2.9A

    电源2、TPS563200、6.5V @ 1.1A

    电源3、LM25088-2、-13V @ 2.8A

    毫无疑问,还有许多其他可能的解决办法。  或者、您也可以使用常规 Webench 设计工具并输入您的各个电源轨:

    输入第一个电源轨的要求返回111种可能的设计解决方案。  您可以浏览他们、挑选最适合您需求的功能以及您所熟悉的复杂程度。  如果您是电源新手、您可能希望专注于模块(最简单)或集成开关转换器(中等)、并避免使用控制器(最困难)。  您在上面提到了控制器。  是否需要使用控制器?  您能否使用具有集成 FET 或模块的转换器?

    让我解决您的个人顾虑:

    为了实现最低纹波和噪声、您可以在开关电源之后使用 LDO 跟随器。  您将需要将开关的输出升高到所需的 Vout 加上 LDO 的压降电压。  遗憾 的是、我们没有额定电流高于1.5A 的负输出 LDO。您可能需要改用次级输出滤波器、除非您可以将该输出拆分为两个1.5A 输出。

    这最好取决于您的独特要求。  您可能会发现一个能够满足所有三个要求的转换器。  但是 Webench 建议使用三个不同的转换器。  您可以使用上面的链接浏览解决方案。

    在同步相同频率下运行可能有一些优势。  许多转换器将支持该功能、但您很可能必须提供外部时钟。  您可能会发现、每一个转换器的相位差操作都是有益的、但是相位差同步的主要优势在于电源的输入侧。  另一个复杂之处在于、负输出反相降压/升压电路将需要时钟(以及任何其他控制电路)进行电平转换。

    是的、您可以在同一 PCB 上进行所有设计。  确保遵循您所使用的每个转换器的布局指南。  请特别注意反相降压/升压。  IC 接地充当该拓扑中的负输出电压。

    另一种可能是具有3个隔离式输出的单电源、但您可能不想设计自己的定制变压器。

    如果您有其他问题、请告知我们。

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    感谢您的回答。

    我应该已经告诉您,我已经检查过 Webench 设计器,我在所有设计之后都使用了 LDO:)我实际上需要+/-12V 和+5V。

    首先、我计划使用电源模块、因为它们是最便宜的方式。 但它们也很昂贵。 LMZM33603可用于+12V 和+5V 电源轨、但我需要使用适用于-12V 的 LMZM33606来处理3A 输出。 因此、我决定切换转换器、但我找不到任何能够提供大约3A 电流的负转换器。 因此、我决定使用控制器。 我应该使用模块、因为我对直流/直流转换器非常陌生:)如果我使用控制器、我认为 LM5088是我的最佳选择。 我可以将其用于所有3个电源轨。
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    你好、John。  

    我决定使用转换器而不是控制器。 在这个网站上做了一些重新创建、我认为这个解决方案更好。

    使用 TPS54320、然后使用 LDO、+15V 至+12.7V (2.7A)

    使用 TPS54620作为逆变器、然后使用 LDO、将+15V 更改为-13V (2.6A)

    使用 TPS54320、然后使用 LDO、+15V 至+5.5V (1.04A)

    我正在尝试找出作为逆变器的 TPS54620的最大输出电流是多少。 在此处找到了应用指南、但公式对我来说有点复杂。 我需要估算输出纹波电流等 但我认为它可以提供2.6A 电流。 我是对的吗?

    我计划为每个电压轨设置500 kHz 的 SWF。 我是否需要同步它们? 我真的不知道怎么做:(

    我知道这些器件具有过流保护、但是否有任何方法可以在外部设置输出电流?  

    我找不到任何使用开关转换器和 LDO 的参考设计。 我还想检查它、看看应该将电容器放在电源轨上的哪个位置。  

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    您好、用户:

    TPS54620和 TPS54320是非常受欢迎的选择。 您可以将 TPS54620用作反相降压/升压转换器、但遗憾的是、它不适用于您的应用。 对于反相降压/升压、IC 接地充当负输出、因此施加的总输入电压为 Vin-(Vout)或15-(-13)=28V。这对于 TPS54620而言太高了。 此外、您还会发现很难找到反相降压/升压转换器的额定电流为2.6A 的负电压 LDO、在导通期间、输出电容器提供所有负载电流、并且电感器的充电速率高于 Iout /(1 - D) 其中 D =-Vout/(-Vout-Vin)=-13/(-13 -15)= 0.464。 因此、所需的转换器输出电流为4.85A。您将需要输入电压大于28V、输出电流大于4.85A 的转换器。我们的团队不提供任何符合该规格的 IC。 让我将此事转交给一位专家。

    TPS54320没有任何外部同步时钟输出。 如果您要同步它们、则需要提供该500kHz 时钟信号。 您不一定需要同步它们。 您只需将其设置为每个器件以500kHz 的频率运行。

    电流限制不可调节。 控制环路将允许 TPS54320精确输出所需的负载电流、从而将输出电压保持在所需的调节值、直到达到电流限制。

    很容易添加 LDO 跟随器。 它几乎只是设计 TPS54320转换器并添加具有开关输出= LDO 输入和公共接地的 LDO。
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    用户、

    TPS54560B l\s外 形与反相降压/升压转换器非常匹配:
    www.ti.com/.../TPS54560B

    您也可以使用适用于 TPS54560B 的此应用手册:
    www.ti.com/.../slva317

    有一款 Excel 计算器可让您的设计更简单:
    www.ti.com/.../swiftinv-calc

    祝您的项目愉快!
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    这对 John 非常有帮助、谢谢、

    今日的最后问题(希望能有)

    我将使用 TPS54560进行所有输出。 这是可以的、还是应该将其仅用于-13V 输出?

    此外、我如何为电源轨添加过流保护? 因此、对于音乐仪器、我需要保护器件。 我所能做的就是在 LDO 之后添加基本保险丝:(
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    用户、

    如果您愿意、可以将 TPS54560用于所有电源轨。  不过、TPS54320更适合您的两个正电压。  所有这些转换器都具有内置的电流限制。  您可以根据需要添加其他保险丝。

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    尊敬的 John:

    我还有几个问题。 如果我不使用 LDO 获得无纹波和无噪声输出、该怎么办? 是否可以从开关 PSU 获得干净的输出? Webench 显示了+12V 电压轨上的输出纹波大约为600uV、因此这是完美的、但我可以在实际的硬件 PCB 上获得该纹波吗? 此外、我能否在反相拓扑中使用 TPS54560在-12V 电源轨上获得相同的低纹波? 据我所知、输出电感器值存在一定的限制、因此我不能过多地增大电感器值以获得最少的纹波。

    此致、
    S. Gökduman
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    S、

    我不知道 Webench 编号来自何处、但对于基本 TPS54560B (您应该使用 TPS54560B、因为 TPS54560是 NRND)直流/直流转换器、您可以在开关频率下获得大约5mV 的纹波。  请参阅 TPS54560B 数据表中的以下示例:

    该波形显示了20MHz BWL 时的基本纹波。  您可能还会看到输出端存在高频开关噪声。  从开关节点到 GND 的 RC 缓冲器电路以及输出端的一些 HF 旁路电容器将有所帮助。  您还可以考虑向输出添加铁氧体磁珠。  数据表中还有其他示例波形。  如果您有其他问题、请告诉我。

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    下面是当我将输出电感器值从1.8uH 增加到15uH 时从 Webench 中得到的结果。  如果我可以在输出端获得大约1mV 的纹波、我可能不会在之后使用 LDO。

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    S.

    您能告诉我您使用了哪些输入来获得~ 500 uV 的低输出纹波吗?  我尝试过的设计在7mV 左右具有更真实的结果。  很难低于5mV 左右。 而无需外部滤波器或 LDO。  请告诉我、以便我可以提醒我们的 Webench 团队。

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    我实际上没有输入任何输入信息。 但我希望将此台式机适配器用作处理器。 这里是数据表  ;

    www.meanwell.co.uk/.../gs90-spec_4.pdf

    这里是 Webench 上的项目链接;

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    S.

    我已经验证了 Webench 软件中存在错误、错误地计算了非常低的输出电压纹波值。 Webench 团队将修复作为一项高优先级工作。
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    感谢您回答 John。 是否有任何公式用于计算输出电压纹波? 我在数据表中找不到。
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    S、

    有关输出电压纹波的一些良好技术参考、请参阅以下链接:
    www.ti.com/.../slva630a.pdf
    training.ti.com/.../measuring_output_noise.pdf
    www.ti.com/.../slva477b.pdf

    TI.com 上还有更多的技术数据。 您可以轻松地搜索和查看它们。

    顺便说一下、是什么推动了您对如此低的输出电压纹波的要求? 我播放一个小电吉他、可以肯定地告诉您、我的任何放大器都没有"低纹波"电源。
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    我实际上下载了所有这些文件、但没有时间读取它们。 我很快会。

    它适用于模块化合成器。 尤其是在振荡器和滤波器部分、这一点很重要。 许多模块都是由业余爱好者设计的、因此如果用户有这些模块、电源变得越来越重要