Az FPGA-k és ASIC-k áramellátása kis zajszintű, nagy teljesítménysűrűségű, kis méretű eszközökkel

By Bill Schweber

Contributed By DigiKey's North American Editors

A különféle felhasználási területekre – például a gépjárműipari, gyógyászati, távközlési és ipari berendezésekbe, játékokhoz való kellékekbe és a fogyasztói hang- és videotechnikai készülékekbe – szánt beágyazott rendszerek középpontjában egyre inkább nagy áramigényű digitális IC-k, például FPGA-k vagy ASIC-k állnak. Számos ilyen berendezés kritikus fontosságú, mint például a gépjárműipari vezetőtámogató rendszerek (ADAS, automotive driver assistance system), és nagy megbízhatóságúnak kell lennie, mint például az adatközpontoknak.

Az áramellátási követelmények mellett ezeknek a kisebb feszültségű eszközöknek a tápsínjeire szigorú tűrési előírások is vonatkoznak. A rendszer teljesítménye és megfelelő működése szempontjából kritikus fontosságú ennek az áramellátásnak a jó hatásfokkal, pontosan, gyors lefutású tranziensekkel, stabilan és kis zajszint mellett történő szolgáltatása.

A hagyományos kapcsolóüzemű feszültségszabályozók vezérlőegységei és áramellátó alrendszerei lehetséges zajproblémákkal küzdenek mind a kimeneti sínjükön, mind pedig a sugárzott elektromágneses (EMI) és a rádiófrekvenciás (RFI) zaj tekintetében, gyakran nem megfelelő lefutásúak a tranzienseik, és olykor alkatrészelrendezési korlátok is jelentkeznek. A zaj minimálisra csökkentése érdekében egyes készülékekben kicsi és csendes, a régebbi változatokénál jobb hatásfokú kis feszültségkülönbségű (LDO, low dropout) feszültségszabályozókat használnak. Mindazonáltal általában még ezek a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók sem képesek megfelelni a rendszer hatásfokra vonatkozó követelményeinek, ami a hűtéssel kapcsolatos problémákhoz vezet.

A kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók jobb hatásfokú alternatíváját jelentik a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók, viszont ezek az eszközök az órajelük és a kapcsolási funkciójuk miatt eleve nagyobb zajúak. Ha a tervezők teljes mértékben ki akarják használni a kapcsolóüzemű eszközök előnyeit, ezt a zajt csökkenteni kell.

Szerencsére vannak új módszerek a zaj és a hatásfok egyensúlyának megteremtésére. Ez a cikk az áramátalakítók területén megjelent legfrissebb újdonságokat ismerteti, amelyeknek jó a hatásfokuk és minimális a helyigényük, és egyúttal jelentősen csökkentik a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók zaját. Megvizsgálja, hogy az újszerű kapcsolóüzemű feszültségszabályozók hogyan tudnak megfelelni a terhelésekre vonatkozó több célkitűzésnek az egy számjegyű feszültségértékű, 10 A alatti tartományban, és példaként bemutatja az Analog Devices cég LTC33xx termékcsaládjába tartozó parányi Silent Switcher IC-ket.

Az áram és a feszültség jelentette kényszer

Amikor a XX. század második felében feltalálták, majd továbbfejlesztették a tranzisztorokat és az integrált áramköröket (IC, integrated circuit), számos erényük között szerepelt az is, hogy nagyon kicsi volt a funkciójukra vetített energiaigényük az általuk felváltott vákuumcsövekéhez vagy más néven elektroncsövekéhez képest – gyakran annak századrésze vagy még kevesebb. Ez az előrelépés azonban hamarosan az eszközönként és áramköri kártyánként nagyobb funkciósűrűséghez vezetett, olyannyira, hogy az IC-knek ma már tápsínenként több tíz amperre van szükségük, ráadásul gyakran több különböző feszültségű tápsínen is.

Az ilyen nagy áramerősséget igénylő IC-k közé tartoznak az FPGA-k (field programmable gate array, helyben programozható logikai kapumátrix) és az ASIC-k (application specific IC, eszközspecifikus IC), amelyeknek a nagy mennyiségű járulékos energiát hő formájában kell elemészteniük. Mindkettőt széles körben használják beágyazott eszközökben a teljes elektronikai ágazatban, beleértve a gépjárműipari, gyógyászati, ipari és távközlési berendezéseket, a játékokhoz való kellékeket és a fogyasztói hang- és videotechnikai készülékeket.

Az FPGA-k vagy ASIC-k által igényelt áramot hálózati áramellátású eszközök esetén hálózati (váltakozó áramot egyenárammá alakító) tápegységgel, akkumulátoros eszközök esetén pedig (egyenáramot más feszültségű egyenárammá alakító) egyenáram-átalakítóval lehet biztosítani. Mindkét esetben szükség van egy későbbi feszültségcsökkentő egyenfeszültség-szabályozóra, hogy szolgáltassa és szabályozza a terhelés által igényelt egy számjegyű tápsínfeszültség-értéket, és biztosítsa a szükséges áramerősséget.

A szükséges teljesítmény biztosításának egyik módja, hogy egyetlen feszültségcsökkentő egyenfeszültség-szabályozót használnak az áramköri lapon lévő összes eszköz áramellátására, és azt a nyomtatott áramköri lap szélén vagy sarkában helyezik el, segítve ezzel a hűtési problémák kezelését és egyszerűsítve az egyenfeszültség-szabályozó rendszerszintű felépítését.

Ennek az egyszerűen hangzó megoldásnak azonban megvannak a maga problémái:

  • Először is a távolság és a nagy áramerősség miatt a feszültségszabályozó és a terhelések között elkerülhetetlen, az áramerősség és az ellenállás szorzataként kapott I × R mértékű feszültségesés (a továbbiakban: IR feszültségesés) jön létre (ΔV feszültségesés = I terhelőáram × a vezetőcsík ellenállása (R)). Erre a megoldás a nyomtatott áramköri lapon lévő vezetőcsíkok szélességének vagy vastagságának növelése vagy álló gyűjtősín használata, de ezek értékes áramköri területet foglalnak, és növelik a szükséges alkatrészek számát.
  • Az IR feszültségesés elkerülésének egyik módszere a terhelésen lévő feszültség távérzékelése, de ez csak egypontos, nem szétszórtan elhelyezkedő terhelés esetén használható jól. A lehetséges oszcilláció új problémákat is felvet, mivel a hosszabb tápsín és az érzékelővezetékek induktivitása befolyásolhatja a feszültségszabályozó és a tápsínek tranzienseinek lefutását.
  • Végül pedig – és gyakran ez a legnehezebben kezelhető probléma – a hosszabb tápsínek több elektromágneses vagy rádiófrekvenciás zajt szednek fel, vagy jelentős mértékű ilyen zajokat sugároznak a hosszuk mentén, azaz gyakorlatilag antennaként viselkednek. A megoldáshoz általában további megkerülőkondenzátorokra, sorba kapcsolt ferritgyöngyökre és egyéb módszerekre van szükség. Ez a zaj a nagyságától és frekvenciájától függően hátrányosan befolyásolhatja a terhelések (fogyasztók) megbízható működését, és nagy feladatot jelenthet a zajkibocsátásra vonatkozó különböző szabályozási előírások betartása.

A zaj kontra hatásfok kérdéskör

Fontos megjegyezni, hogy az egyenfeszültség-szabályozók esetében a „zaj kontra hatásfok” kérdéskör a mérnöki tervezéskor szokásos kompromisszumoktól eltérő megoldást kíván. A mérnöki tervezés ugyanis gyakran a kompromisszumok értékeléséről és a kedvező és kedvezőtlen tulajdonságokat egyensúlyban tartó „kellemes pont” (az 1. ábrán: „sweet spot”) megtalálásáról szól.

Mennyiben más ez a helyzet? A legtöbb kompromisszumos megoldás lehetővé teszi a tervező számára annak szándékosan elfogadását, hogy kevesebbet kap egy bizonyos kívánt paraméterből, hogy cserébe többet kapjon egy másikból, folytonos kompromisszumok mentén haladva (1. ábra, felső rész).

A zaj és a hatásfok közötti kompromisszumot szemléltető kép1. ábra: A legtöbb tervezés során a mérnöknek lehetősége van értékelni a lehetőségeket, majd egy viszonylag folyamatos tartományban különböző teljesítménybeli kompromisszumokat kötni (felső rész), de a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók és a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók közötti választáskor a zaj és a hatásfok esetében a készülékek vagy az egyik, vagy a másik oldalt jelentik, kevés „középúttal” (alsó rész) (kép: Bill Schweber)

A tervező választhat például olyan műveleti erősítőt (op-amp), amely egy másik műveleti erősítőhöz képest több áramot vesz fel (rossz), hogy nagyobb jelváltozási sebességet (jó) tegyen lehetővé – az adott készülék esetében ez lehet egy elfogadható vagy akár szükséges kompromisszum.

A kapcsolóüzemű feszültségszabályozók és a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók esetében azonban a zaj- és hatásfokértékek nagyrészt „bele vannak építve” ezen eszközök szerkezetébe. Egy tervező nem mondhatja például, hogy elfogad egy 20%-kal nagyobb zajszintű kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozót, cserébe 10%-os hatásfokjavulásért – ilyen jellegű kompromisszum nem létezik. Ehelyett egy hézag van a jellemzők kompromisszumtartományában (1. ábra, alsó rész).

A Silent Switcher feszültségszabályozók megoldást jelentenek a kompromisszumokkal kapcsolatos dilemmára

Egy alternatív és általában jobb megoldás az egyedi egyenfeszültség-szabályozók használata, amelyek a lehető legközelebb vannak a terhelésüket jelentő IC-khez. Ezzel minimálisra csökkenthető az IR feszültségesés, a nyomtatott áramköri lap alapterülete, valamint a tápsínzaj felszedése és sugárzása. Ahhoz azonban, hogy ez a megközelítés életképes legyen, elengedhetetlenek a kis méretű, jó hatásfokú, kis zajszintű feszültségszabályozók, amelyek a terhelés közelében helyezhetők el, és továbbra is megfelelnek a terhelés áramra vonatkozó összes követelményének.

Ez az a pont, ahol a sok Silent Switcher feszültségszabályozó-változat megoldást jelent a problémákra. Ezek a feszültségszabályozók nem csak egy számjegyű voltnyi kimenőfeszültséget szolgáltatnak néhány amper és 10 A közötti áramerősség mellett, hanem mindezt rendkívül kis zajszinttel teszik, amit több tervezési újítás alkalmazásával érnek el.

Ezek a feszültségszabályozók a Silent Switcher 1 (első generációs) és a Silent Switcher 2 (második generációs) eszközöknek köszönhetően megváltoztatják a hagyományos gondolkodásmódot, miszerint a kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozó vagy a kapcsolóüzemű feszültségszabályozó között kell választani. Ezeknek az eszközöknek a tervezői azonosították a különböző zajforrásokat, és kidolgozták a zajok csillapításának módját.

Megjegyzendő, hogy a Silent Switcher feszültségszabályozók nem használják a jól ismert és elfogadott „spektrumbővítő” technikát, amely álstatisztikus zajt ad az órajelhez. Ez kiszélesíti a zajspektrumot, miközben az órajel frekvenciáján és annak felharmonikusainál csökkenti a zaj amplitúdóját. Bár a bővített spektrumú órajelek használata segíthet a szabályozásokban előírt határértékek betartásában, nem csökkenti az összesített zajenergiát, sőt igazából a spektrum olyan részein okozhat zajt, amelyek befolyásolják az áramkörök működését.

A Silent Switcher 1 eszközök előnyei közé tartozik a kis elektromágneses zaj, a kiváló hatásfok és a nagy kapcsolási frekvencia, amely eltávolítja a fennmaradó zaj nagy részét a spektrum azon részeiről, ahol az zavarná a rendszer működését, vagy a szabályozási előírásokkal kapcsolatos problémákat okozna. A Silent Switcher 2 előnyei közé tartozik a Silent Switcher 1 technika összes jellemzője, valamint a beépített nagy pontosságú kondenzátorok, a kisebb méret, valamint a nyomtatott áramköri lap elrendezésével szembeni érzékenység kiküszöbölése.

Kis méretüknek (mindössze néhány mm-es négyzet) és kiváló hatásfokuknak köszönhetően ezek a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók nagyon közel helyezhetők a terhelést jelentő FPGA-hoz vagy ASIC-hez, maximálisra növelve ezáltal a teljesítményt, és megszüntetve az adatlapon szereplő teljesítményadatok és a valós használat közbeni értékek közötti eltéréseket. Kiküszöbölik azt az „egybites” dilemmát, hogy választani kell a nagyobb zaj vagy a rosszabb hatásfok között, lehetővé téve a tervezők számára, hogy a zaj és a hatásfok tekintetében mindkét jellemzőből a legjobbat kapják.

Hogyan valósultak meg a Silent Switcher ezen előnyei? A megoldás sokrétű megközelítést kívánt:

  • A kapcsolóüzemű tápegységekben a zaj fő okát a kapcsolási áramok jelentik, nem pedig az állandósult áram. A hagyományos kapcsolóüzemű feszültségszabályozó áramkörében van egy áramfolyási útvonal, az úgynevezett aktív hurok. Ez az aktív hurok nem egy önálló áramhurok, hanem csak egy virtuális áramhurok, amely két valós áramhurok összetevőiből áll (2. ábra).

A szokványos kapcsolóüzemű feszültségszabályozók áramköreinek képe2. ábra: A szokványos kapcsolóüzemű feszültségszabályozók áramkörében van egy virtuális áramhurok, amelyet aktív huroknak neveznek. Ez két valós áramhurok összetevőiből áll össze, és a kapcsolási áram folyik benne (kép: Analog Devices)

Az Analog Devices Silent Switcher 2 technikája azzal, hogy bemeneti kondenzátorokat beépíti az IC tokjába, a lehető legkisebbre csökkenti a kritikus aktív hurkokat. Az aktív hurok két szimmetrikus alakzatra való felosztásával két ellentétes polaritású mágneses mező jön létre, és a kisugárzott zaj nagymértékben kioltja önmagát.

  • A második generációs architektúra a nagy kapcsolási frekvenciák jó hatásfoka érdekében támogatja a gyors kapcsolási éleket, miközben egyidejűleg jó teljesítményt ér el az elektromágneses zaj csökkentése terén is. Az IC bemenő egyenfeszültséget (VIN) fogadó belső kerámiakondenzátorai az összes gyors váltakozó áramú hurkot kicsiben tartják, csökkentve ezzel az elektromágneses zajt.
  • A Silent Switcher architektúra a hatásfok nagyon nagy kapcsolási frekvenciákon maximálisra növelését szolgáló saját fejlesztésű kialakítási és tokozási technikákat használ, amelyek lehetővé teszik a rendkívül kis mértékű elektromágneses zajjal történő működést, könnyedén teljesítve a CISPR 25 szabvány 5. osztálya szerinti, a megengedett legnagyobb elektromágneses zavarásra előírt határértékeket, elképesztően kis méretben és strapabíró kialakítással.
  • Az eszközök aktív feszültségbeállítást (AVP, active voltage positioning) használnak, egy olyan technikát, ahol a kimenőfeszültség a terhelőáramtól függ. Kis terhelésnél a kimenőfeszültséget a névleges érték fölé, míg teljes terhelésnél a névleges érték alá szabályozzák. Az egyenáramú terhelés alapján történő szabályozás úgy van beállítva, hogy javítsa a tranziensek lefutását, és csökkentse a kimeneti kondenzátorok szükséges kapacitásértékét.

A Silent Switcher számos termékcsaládja

A Silent Switcher feszültségszabályozók számos termékcsaládban és típusban kaphatóak, az egyes termékcsaládokon belül különböző feszültség- és áramértékekkel. Néhány további paraméter típusonként változik, ilyen például az, hogy a kimenőfeszültség állandó vagy állítható. Az LTC33xx termékcsalád tagjai közé tartoznak a következők:

  • LTC3307: 5 V, 3 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
  • LTC3308A: 5 V, 4 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
  • LTC3309A: 5 V, 6 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 2 mm × 2 mm-es LQFN tokban
  • LTC3310: 5 V, 10 A kimeneti értékű Silent Switcher szinkron feszültségcsökkentő feszültségszabályozó 3 mm × 3 mm-es LQFN tokban

Az LTC3310-et részletesebben megvizsgálva: ez egy nagyon kicsi, kis zajszintű, monolitikus feszültségcsökkentő egyenfeszültség-szabályozó, amely akár 10 A kimenőáramot is képes szolgáltatni 2,25–5,5 V bemenő tápfeszültségről. A VOUT kimenőfeszültség-tartomány 0,5 V és a VIN bemenőfeszültség között van. A kapcsolási frekvencia 500 kHz-től egészen 5 MHz-ig terjed. Az eszközhöz mindössze néhány külső passzív alkatrészre van szükség, és a kimeneti terhelési tartomány nagy részében 90% körüli hatásfokkal működik (3. ábra).

Az Analog Devices LTC3310 feszültségcsökkentő egyenfeszültség-szabályozó kapcsolási rajza (nagyításhoz kattintson az ábrára)3. ábra: Az LTC3310 feszültségcsökkentő egyenfeszültség-szabályozó külső passzív alkatrészeket igényel, és a terhelési tartomány nagy részében kiváló hatásfokkal működik (ábra: Analog Devices)

Az eszköz négy alapváltozatban kapható, és ezek kis elektromágneses zajt és kiváló hatásfokot kínálnak akár 5 MHz kapcsolási frekvencián is, és az LTC3310 termékcsaládnak vannak AEC-Q100 gépjárműipari minősítésű tagjai is. Megjegyzendő, hogy mind az első generációs (SS1) – LTC3310 –, mind a második generációs (SS2) eszközök – LTC3310S és LTC3310S-1 – állítható és állandó kimenőfeszültségű változatban is kaphatóak (1. táblázat):

Cikkszám Silent Switcher VOUT
LTC3310S SS2 Állítható
LTC3310S-1 SS2 Állandó 1 V
LTC3310 SS1 Állítható
LTC3310-1 SS1 Állandó 1 V

1. táblázat: Az LTC3310 négy alapváltozatban kapható, amelyek az első és második generációs kiviteleket, valamint az állandó és állítható kimenőfeszültségű változatokat jelentik (táblázat: Analog Devices)

Az állítható kimenőfeszültségű változatok esetében a kimenőfeszültséget a kimenet és a visszacsatoló (FB, feedback) láb közé kötött ellenállásosztó segítségével hardveresen lehet beállítani, egy egyszerű egyenlet segítségével határozva meg a szükséges ellenállásértékeket (5. ábra).

Az állítható kimenőfeszültségű Analog Devices LTC3310 eszközök kapcsolási rajza5. ábra: Az állítható kimenőfeszültségű LTC3310 eszközök kimenőfeszültségének beállításához csak egy egyszerű egyenlettel kiszámolható értékű ellenállásosztóra van szükség (ábra: Analog Devices)

A zajszintek jellemzően a tíz mikrovoltos tartományban vannak. Az LTC3310 eszközök kis zajszintű működésének két legfontosabb paraméterét a CISPR25 szabvány vonatkozó 5. osztálya szerint a csúcsértékek mérésére előírt módon elvégzett zajvizsgálatokkal lehet megmérni. Ez a két paraméter a vezetett zaj (6. ábra) és a sugárzott zaj mind vízszintes, mind függőleges síkban (7. ábra).

Az Analog Devices LTC3310S-en alapuló, megfelelően beállított feszültségszabályozó grafikonja6. ábra: Az LTC3310S-en alapuló, megfelelően beállított feszültségszabályozó a vezetett elektromágneseszaj-kibocsátási határértékek tekintetében megfelel a CISPR25 (5. osztályú csúcsértékekre vonatkozó) szigorú előírásainak (ábra: Analog Devices)

A mind a vízszintes, mind a függőleges síkban történő elektromágneseszaj-kibocsátásra vonatkozó előírásoknak megfelelő Analog Devices LTC3310S grafikonja (nagyításhoz kattintson az ábrára)7. ábra: A sugárzott zajt mérő tesztek esetében az LTC3310S megfelel a CISPR25 vízszintes (balra) és függőleges (jobbra) síkban történő elektromágneseszaj-kibocsátásra vonatkozó előírásainak is (ábra: Analog Devices)

Az LTC3310 termékcsalád egy másik figyelemre méltó jellemzője, hogy az eszközök egyszerűen használhatók párhuzamosan kapcsolva a többlépcsős, nagyobb áramerősséggel történő működéshez, amit sok más kapcsolóüzemű feszültségszabályozó nem vagy csak nehezen tesz lehetővé. A legegyszerűbb párhuzamos kapcsolású használat a kétlépcsős elrendezés, amellyel akár 20 A kimenő áramerősség is elérhető (8. ábra). A megközelítés könnyen kiterjeszthető három, négy vagy több lépcsőre, és ennek megfelelően nagyobb áramerősségekre.

Két- vagy többlépcsős Analog Devices LTC3310 eszközök kapcsolási rajza8. ábra: Néhány további alkatrész segítségével két vagy több LTC3310 kombinálható a többlépcsős, nagyobb áramerősséggel történő működéshez. Az ábrán a kétlépcsős, 20 A áramerősséget kínáló kapcsolás látható (ábra: Analog Devices)

A fejlesztőkártyák lerövidítik a tervezési ciklusokat

Az olyan feszültségszabályozók, mint az LTC3310 termékcsalád tagjai, közvetlenül használhatók, mivel nincsenek inicializálóregiszterek, szoftvervezérelt funkciók vagy egyéb beállítási bonyolultságok. Ennek ellenére érdemes műszakilag felmérni a statikus és dinamikus működésüket, és optimalizálni a passzív alkatrészek értékeit, mielőtt elköteleznénk magunkat a végleges áramköri elrendezés vagy bizonyos alkatrészek használata mellett. Az LTC3310 fejlesztőkártyák elérhetősége nagyban megkönnyíti ezt a folyamatot. Az Analog Devices ilyen, az LTC3310 különböző változataihoz és áramköri elrendezéseihez illeszkedő kártyák nagy választékát kínálja:

  • A DC3042A az állítható kimenőfeszültségű LTC3310 eszközhöz való (9. ábra).

Az Analog Devices DC3042A jelű fejlesztőkártyájának képe9. ábra: A DC3042A fejlesztőkártya a felhasználó által beállítható kimenőfeszültségű LTC3310-hez készült (kép: Analog Devices)

A dokumentáció a felhasználóknak szóló alapvető beállítási és használati útmutató mellett tartalmaz egy kapcsolási rajzot, egy kártyaelrendezési rajzot és egy anyagjegyzéket is. Emellett jelöli a különböző vizsgálati pontokat és csatlakozásokat, valamint a kimeneti búgóáram mérésére és a kimeneti görbe felvételére szolgáló mérőelektródok érintkezési pontjai is (10. ábra).

Az Analog Devices DC3042A bekötéseket szemléltető rajza (nagyításhoz kattintson az ábrára)10. ábra: A DC3042A bekötéseket szemléltető rajzán egyértelműen vannak feltüntetve a vizsgálati pontok és csatlakozások (fent), valamint kimeneti búgóáram mérésére és a kimeneti görbe felvételére szolgáló mérőelektródok érintkezési pontjai és használati módja is (kép: Analog Devices)

  • Az állandó kimenőfeszültségű LTC3310S-1-hez a DC3021A fejlesztőkártya (11. ábra) tartozik.

Az Analog Devices DC3021A jelű fejlesztőkártyájának képe11. ábra: A felhasználó által nem állítható kimenőfeszültségű LTC3310S-1-hez a DC3021A fejlesztőkártya a megfelelő választás (kép: Analog Devices)

  • Végül a kissé bonyolultabb többlépcsős párhuzamos kapcsolásokhoz a DC2874A-C fejlesztőkártya használható (12. ábra). Ezen a fejlesztőkártyán az LTC3310S jelű eszköz található többlépcsős, 2,0 MHz kapcsolási frekvenciájú, 3,3 V bemenőfeszültségből 1,2 V kimenőfeszültséget előállító feszültségcsökkentő feszültségszabályozóként kialakítva. A DC2874A háromféle áramkör-kialakítási lehetőséget kínál, amelyek kétlépcsős/20 A, háromlépcsős/30 A vagy négylépcsős/40 A kimenő áramerősséget szolgáltató kapcsolás létrehozását teszik lehetővé.

Az Analog Devices LTC3310S jelű eszközéhez való DC2874A-C fejlesztőkártya képe12. ábra: Az LTC3310S DC2874A-C fejlesztőkártya háromféle kapcsolás létrehozását teszi lehetővé: kétlépcsős/20 A, háromlépcsős/30 A és négylépcsős/40 A kimenő áramerősséget szolgáltató változatét (kép: Analog Devices)

Az LTC3310S használatával és némi időt rászánva a megfelelő fejlesztőkártya, valamint az ahhoz tartozó használati utasítás tanulmányozására a tervezők minimálisra csökkenthetik az egyenfeszültség-szabályozók teljesítményének beállításával töltött időt.

Összegzés

A mérnököknek hagyományosan két egymással ellentétes tulajdonságokkal rendelkező egyenfeszültség-szabályozó eszköztípus között kellett választaniuk. A kis feszültségkülönbségű feszültségszabályozók nagyon kis zajszintű egyenáramú kimenetet kínálnak, de rossz vagy közepes hatásfokkal, ami kb. 1 A kimenő áramerősség fölött komoly feladatot jelent hűtési szempontból. Ezzel szemben a kapcsolóüzemű feszültségszabályozók 90% körüli hatásfokkal működnek, de zajt juttatnak az egyenáramú kimeneti sínre, és olyan vezetett – és különösen sugárzott – zajok forrását jelentik, ami könnyen azt eredményezheti, hogy a termék nem felel meg a kötelező szabályozási előírásoknak való megfelelést vizsgáló teszteken.

Szerencsére az Analog Devices Silent Switcher termékcsaládjai számos újító jellegű tervezési módszert használnak, amelyek megoldást jelentenek erre „az egyiket vagy másikat válasszuk” dilemmára, és így rendkívül jó hatásfokú, nagyon kis zajszintű, kis méretű feszültségszabályzókat lehet létrehozni.

DigiKey logo

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.

About this author

Image of Bill Schweber

Bill Schweber

Bill Schweber gyengeáramú villamosmérnök (elektronikai mérnök), aki három szakkönyvet, valamint több száz műszaki cikket, véleménycikket és termékismertetőt írt az elektronikus kommunikációs rendszerekről. Korábban dolgozott az EE Times több tematikus weblapjának műszaki weblapfelelőseként, valamint volt az EDN vezető szerkesztője és analóg áramkörökkel foglalkozó rovatának szerkesztője is.

Az Analog Devices, Inc. cégnél (amely az analóg és vegyes jelű IC-k vezető szállítója) a marketingkommunikáció (közönségkapcsolatok) területén tevékenykedett, és ennek eredményeként a műszaki közönségkapcsolati (PR-) tevékenység mindkét oldalán megfordult: a vállalat termékeit, történeteit és üzeneteit mutatta be a médiának, és volt ezek célközönsége is.

Az Analog Devices cégnél betöltött marketingkommunikációs beosztását megelőzően az Analog elismert műszaki folyóiratának segédszerkesztője volt, és dolgozott a termékreklámozó és a berendezésmérnöki csoportban is. Ezeket a beosztásokat megelőzően az Instron Corp. cégnél állt alkalmazásban, ahol anyagvizsgáló gépek vezérléséhez szánt analóg és tápáramkörök tervezésével és rendszerbe illesztésével foglalkozott.

A Massachusettsi Egyetemen MSEE, a Columbia Egyetemen BSEE diplomát szerzett, regisztrált hivatásos mérnök, és Advanced Class (haladó szintű) rádióamatőr-engedélye is van. Emellett különböző műszaki témákról, többek között a MOSFET-ek alapjairól, az analóg-digitális átalakítók (ADC-k) kiválasztásának szempontjairól és a LED-ek meghajtásáról tervezett, írt és tartott internetes tanfolyamokat.

About this publisher

DigiKey's North American Editors