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Toppower电源模块的原理详解及技术分享

Toppower电源模块的原理及其注意事项

  Toppower电源模块的原理

  Toppower电源模块的管脚含义及接法

  Toppower电源模块的应用注意事项

  TOPPOWER电源模块是TOPPOWER广州顶源电子科技有限公司生产的可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器 (DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。

  

Toppower电源模块

  (1)Toppower电源模块的原理

  该DC/DC模块电路结构与通常的斩波DC/DC转换器相似,可参考原理框图及相关资料,这里不再赘述。 在原理上,TOPPOWER模块区别于通常产品之处主要是它使用了软开关的ZCS技术。

  通常的硬开关斩波器波形近似为矩形波,即强迫开关器件在电压不为零时开通,电流不为零时关断,这样在矩形波的边沿就会因寄生参数而产生高频振荡,导致开关损耗增大,频率越高,开关损耗越大;而TOPPOWER模块应用谐振技术,使开关器件中的电流波形近似于半周期的正弦信号,这样开关的导通、关断时刻都对应零输入电流(即开关管电流),从而即使开关频率超过1MHz,开关损耗也只占极小的百分比。高的开关频率、低的开关损耗便产生了一系列优点:功率密度高、传导和辐射噪声小、响应快、转换效率高等。

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  TOPPOWER模块的另一特点是输出电压可在额定值基础上,在5%到110%的范围内方便地调节(12V、15V是±10%)。。

  内部误差放大器的负输入端是输出电压的采样值,正输入端与Trim端相连。当Trim端悬空时,其上的电位由2.5V的基准源(Bandgap)决定,亦为2.5V,此时电路输出为额定值。以简单的外接电阻网络,通过调节Trim端电压(即误差放大器的基准电压),可相应地调节输出电压。

  降压时外接元件值的计算与额定输出电压无关。只需在Trim端与-OUT端间接一电阻与R5分压以确定Trim端电压。其值的计算方法如下(以-20%为例):

  要使输出电压降低20%,Trim端电压也需降低20%,这些电压都降落在内部电阻R5上:

  UR5=2.5V×20%=0.5V

  IR5=0.5V/10kΩ=50μA

  IR5=IRd

  故 Rd=(2.5V-0.5V)/50μA=40kΩ

  升压时,需提高Trim端电压,一般是从+OUT端接一电阻Ru到Trim端,故外接元件值的计算与额定输出电压相关。Ru的计算方法如下(以24V提高5%为例):

  要使输出电压提高5%,Trim端电压也需相应提高5%,这些电压也都降落在内部电阻R5上(但方向与降压时相反):

  UR5=2.5V×5%=0.125V

  IR5=0.125V/10kΩ=12.5μA

  IR5=IRu

  又 URu=Uout-Utrim

  =(24V+24V×5%)-(2.5V+0.125V)

  =22.575V

  故 Ru=22.575V/12.5μA=1.8MΩ

  当用TOPPOWER模块进行二次开发时,有时要利用Trim功能构成闭环(见本文的应用举例),此时就不需要上述的电阻网络。但需注意的是,对于‘-2XX’模块,若Trim端电压超过一定值时,模块将会发生过压保护关断(OVPShutDown),此值额定为2.75V(实际值一般略高于此值,可达3V)。为避免模块的保护性关断,必须有措施防止此端电压过高。

  (2)Toppower电源模块的管脚含义及接法

  +IN、-IN:直流电压输入正、负端。输入电压可在额定值的-(20~50)%到+(25~60)%范围内变动,具体值请参阅产品数据手册。

  GATEOUT:当多个模块并联以提高输出功率时,此端输出的脉冲信号可用于模块间的同步。同步信号一般按‘雏菊链’连接,即一模块的GATEOUT端连到下一模块的GATEIN端,可以得到几乎没有限制的功率提升能力。

  GATEIN:此端是集电极开路结构,可以看作模块的使能/同步端。当它被拉低时(以-IN为基准,低于0.65V,6mA),模块关闭;浮空时,模块工作。另外,模块频繁开关时,此端接1μF左右,可提供软起动功能。

  +S、-S:正、负输出电压感受/遥感端。若+S端电压高于额定输出值的110%,将激活模块的过压保护功能(‘-JXX’无过压保护功能),关闭模块。-S端电位不可超过0.25V,否则电流限制点将提高。

  这两端用于遥感(REMOTESENSING),即当负载离模块较远、负载电流较大时,将+S与+OUT、-S与-OUT分别与负载两端相连,模块将略微提高输出电压以补偿+OUT、-OUT连线上的降,从而保证负载上的电压为额定值。当不需要遥感时,须将+S与+OUT、-S与-OUT直接相连。

  TRIM:此端使输出电压在额定值的5%到110%的范围内可调。

  +OUT、-OUT:直流电压输出正、负端。

  (3)Toppower电源模块的应用注意事项

  (1)若将输出电压调低,因为截流点(CURRENTLIMMITPOINT)并不随之变化,输出功率将降低。此外效率降低、输出电压纹波百分比升高、输入电压范围变宽。注意,此时应提供一额定输出功率1%的假负载,若调得低于75%,所需的假负载更大。

  输出电压升高时,上述参数相反变化,此时应注意不可超过额定功率,因此,不可将输出电压调得高于额定值的110%。

  (2)模块应接到一呈低交流阻抗的源上。若不能保证源的低阻抗,应在模块输入端就近安装一电容,其最小值为:C=400μF/Uin.min。

  (3)按TOPPOWER的规程,即使没有EMI/RFI要求,模块也应被适当地旁路。一般可用RC串联网络将+IN、-IN分别与相连,C为Y级4700p,R是为降低Q值用,选1Ω。用RC并联网络将+OUT、-OUT分别与基板相连,C也为Y级4700p,R为2MΩ。连线应尽量短。

  (4)因TOPPOWER模块效率较高,对散热的要求相对较低。但为了提高模块及系统的MTBF,常规的散热考虑和设计准则都应遵循。模块与其散热的底盘之间应有良好的导热性,并且是电绝缘的。

                                           

了解更多电源模块信息请点击http://gztoppower.com/news.html




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