Em aplicações como as ligações sem fios que dependem de circuitos analógicos de baixo nível de sinal e de desenhos digitais que utilizam baixa tensão do trenó de potência,A qualidade do trilho de CC é fundamental para manter o desempenho do sistemaAlém da eficiência de conversão, precisão de saída, estabilidade e regulação de linha e carga,A qualidade dos carris de CC também depende de fatores como o ruído inerente e a resposta transitória às alterações de carga dinâmica.
No entanto, a robusta série Silent Switcher da Analog Devices passou por várias gerações de desenvolvimento e tornou-se uma tecnologia madura que, quando aplicada corretamente,Pode fornecer a saída de corrente contínua de baixo ruído e a resposta transitória ultra rápida necessárias.
Este artigo se concentrará na introdução desses reguladores de comutação DC/DC de alto desempenho e fáceis de usar, suas vantagens e os problemas que podem ser resolvidos.Este artigo irá tomar a aplicação de dispositivos analógicos como um exemplo para ilustrar como maximizar o desempenho destes reguladores de comutação.
Série Silent Switcher
Os reguladores de comutação DC/DC da série Silent Switcher dos dispositivos analógicos evoluíram para a terceira geração.Produto de primeira geração Silent Switcher 1 é usado principalmente para reduzir o ruído de alta frequência relacionado com reguladores de comutaçãoEsta geração de produtos tem três grandes vantagens: baixa interferência eletromagnética (EMI), alta eficiência e alta frequência de comutação (adequada para dispositivos relacionados menores).
Posteriormente, a Analog Devices lançou o Silent Switcher 2. Este produto mantém a funcionalidade de seu antecessor e adiciona condensadores de precisão integrados.Adotando uma aparência mais compacta e eliminando a sensibilidade ao layout da placa de circuito impresso (PC board).
O produto de terceira geração Silent Switcher 3 herda as características únicas das duas gerações anteriores.Este produto tem também as vantagens de uma resposta transitória rápida e ruído ultra baixo na faixa de baixa frequência (Figura 1).
Silent Switcher DC/DC regulador de dispositivos analógicos (clique para ampliar).
Figura 1: Cada geração de reguladores DC/DC Silent Switcher mantém as características e funções da geração anterior e adiciona novas características e funções.
Solução de ruído do interruptor simples
A fim de alcançar as características de baixo ruído das duas gerações anteriores de produtos, os designers estudaram várias fontes de ruído e exploraram métodos inovadores para contornar, minimizar,ou mesmo eliminar fontes de ruídoIsto requer uma abordagem multifacetada. Por exemplo, a principal fonte de ruído nas fontes de alimentação de modo de comutação é a ação de comutação da corrente, em vez do fluxo de corrente de estado estacionário.Em topologias tradicionais de reguladores de modo de comutaçãoO circuito térmico é a principal fonte de ruído de alta frequência emitido no ar, causando EMI.A primeira geração do regulador Silent Switcher DC/DC dividiu o circuito térmico em dois circuitos de corrente simétricosIsto cria dois campos magnéticos de polaridades opostas, que em grande parte anula o ruído irradiado.
Ao integrar o capacitor de entrada diretamente no pacote do IC, o Silent Switcher 2 minimiza os circuitos térmicos críticos na maior extensão possível.
Esta arquitetura suporta a comutação rápida de bordas, alcançando alta eficiência sob condições de comutação de alta frequência, mantendo um bom desempenho EMI.O capacitor cerâmico interno na voltagem de entrada de corrente contínua (VIN) ajuda a manter um pequeno loop de corrente AC rápidaA arquitetura Silent Switcher também utiliza design proprietário e tecnologia de embalagem para maximizar a eficiência em frequências extremamente altas,permitindo-lhe ultrapassar as limitações de EMI de pico da CISPR 25 Classe 5.
Além disso, a tecnologia de posicionamento de tensão ativa (AVP) também é utilizada, o que significa que a tensão de saída depende da corrente de carga.O valor de regulação da tensão de saída é superior ao valor nominalA regulação da carga de CC foi ajustada para melhorar o desempenho transitório e minimizar os requisitos do capacitor de saída.
Interruptor silencioso 3 e resposta transitória
A resposta transitória refere-se à capacidade de um regulador de tensão responder a mudanças repentinas de carga e tornou-se um parâmetro cada vez mais importante.Além de minimizar o ruído de baixa frequência (10 Hz a 100 kHz), os produtos de terceira geração também se concentram em fornecer resposta transitória ultra rápida.
Os processadores de sinal e o System on Chip (SoC) muitas vezes experimentam mudanças repentinas nas curvas transitórias de carga, portanto, é dada uma atenção crescente à resposta transitória.Esta carga transitória pode causar interferência na tensão de alimentaçãoPor exemplo, diferentes tensões de alimentação podem afetar seriamente a frequência do relógio do sistema.
Portanto, os SoCs de RF normalmente aplicam tempo de vazio durante transientes de carga.Minimizar o impacto das transições de carga na fonte de alimentação melhorará o desempenho do sistema.
Para atingir estes objetivos, o dispositivo Silent Switcher 3 de um único chip adota um projeto de amplificador de erro de ultra-alto desempenho,que pode proporcionar estabilidade adicional mesmo no caso de uma compensação agressivaA frequência de comutação máxima de 4 megahertz (MHz) permite ao IC aumentar a largura de banda do circuito de controlo para cerca de 100 kHz no modo de controlo de corrente de pico de frequência fixa.As múltiplas tecnologias inovadoras podem também reduzir fatores sutis que dificultam a resposta transitória:
Separação de carga - Em um projeto típico, uma carga de 1 V inclui circuitos de transmissão e recepção, oscilador local (LO) e oscilador controlado por tensão (VCO).Durante a operação duplex de divisão de frequência (FDD)No entanto, as cargas de LO e VCO são constantes, mas exigem alta precisão e baixo ruído.
As características de largura de banda elevada destes dispositivos permitem aos projetistas separar cargas dinâmicas e estáticas através de um segundo inductor (L2),fornecendo assim energia a dois grupos críticos de carga de 1 V a partir do IC do regulador (Figura 2)A resposta transitória de carga é rápida, o desvio de VOUT é mínimo e não afetará a carga estática (Figura 2, inferior).