DAQ的電源架構

 

在DAQ中，跨多個子係統看到並聯電源軌和不同的負載電流（和紋波）要求並不罕見。圖1展示了DAQ係統的電源架構以及電源模塊如何為各種子係統生成所需的電源軌。

 

 

使用電源模塊有助於提高整體性能、效率和可靠性。電源模塊還具有以下優勢：

 

1
、同一封裝中的輸出電流通過優化的成本提供設計靈活性和可擴展性。

 

2
、通過自動脈衝頻率調製（PFM）模式提高輕載效率的方法。

 

3
、負載調節期間具有出色的瞬態響應。

 

4、通過集成、創新封裝和組裝的緊湊型解決方案。

 

5、通過精選的無源元件選擇改善了功率模塊性能。

 

6、可在很寬的溫度範圍內工作。

 

7
、從傳統變電站轉向智能變電站

 

通過選擇無源元件改善了功率模塊性能

 

除封裝選擇和旨在緩解EMI和輸出紋波的布局外

，選擇無源元件同樣重要。非原裝組件可能在原型階段運行良好
，但會出現壓迫跡象，並導致現場損壞或故障。

 

電感器是DC/DCjiangyazhuanhuanqishejizhongdeguanjianzujianzhiyi。xuanzeheshidedianganqixuyaoshijianhejueqiao，baokuolejiediangantiexindexiweicanshujiqiduidianyuanxingnengheshoumingdeyingxiang。dianganqideyigechangjianwentishigaowencunchu（HTS）測試期間的故障，這表明電感器能夠長時間承受高溫。

 

在HTS測試期間，電感器置於DC/DC轉換器附近
，限製氣流。鐵粉的塗層和/huozhanhejisuizheshijianhegaowentiaojiankaishifenjie，zhedaozhitiesunzengjia，bingjiangdidianyuanxiaolv。zaigenggaodeshurudianyahegenggaodekaiguanpinlvxia，wentizuiweimingxian。tu2比較了HTS壓力測試前後多個輸入電壓下電感的效率下降問題。

 

 

經檢查
，電感器通常看起來並未明顯受損。電感的L和DCR值可能不會改變。但是，暴露在高溫下會增加交流阻抗，如圖2所示。

 

與此同時，德州儀器的電源模塊集成了電感器。這些電感器隨著時間的推移和溫度的升高具有出色的性能。圖3所示為暴露在高溫後各類電感的HTS測試結果。該電源模塊使用電感器，在HTS測試後，Q和鐵芯電阻變化很小或無變化。

 

 

此外，電源模塊經受工作電壓測試，以確保沒有絕緣擊穿。

 

具有自動PFM和負載瞬態響應的效率（總負載和輕負載）

 

電源模塊提供MODE/SYNC選項

，可在輕負載時轉換為自動節能模式。正常操作期間，電源模塊使用脈衝寬度調製（PWM）調節輸出。

 

當負載電流極低時，控製邏輯轉換為PFM操作和二極管仿真。在該模式中
，高側金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）接通一個或多個脈衝
，以向負載提供能量。高側MOSFET的導通時間取決於輸入電壓電平和預編程的內部電流電平（IPEAK-MIN）。輸入電壓越高，導通時間越短。關斷時間的持續時間也取決於負載電流水平。較輕的負載導致較長的關閉時間。

 

這種操作模式在極輕負載下可實現出色的轉換效率。使用自動PFM模式時，空載時的輸出電壓比強製脈衝寬度調製（FPWM）操作高出約1%。圖4所示為PFM和FPWM模式的效率圖。

 

 

負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)是(shi)衡(heng)量(liang)電(dian)源(yuan)如(ru)何(he)應(ying)對(dui)電(dian)流(liu)需(xu)求(qiu)的(de)突(tu)然(ran)變(bian)化(hua)或(huo)電(dian)源(yuan)跟(gen)蹤(zong)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)變(bian)化(hua)的(de)程(cheng)度(du)的(de)指(zhi)標(biao)。負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)是(shi)一(yi)個(ge)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)的(de)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)
，特(te)別(bie)是(shi)對(dui)於(yu)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)或(huo)現(xian)場(chang)可(ke)編(bian)程(cheng)門(men)陣(zhen)列(lie)。其(qi)具(ju)有(you)低(di)核(he)心(xin)電(dian)壓(ya)
、高電流消耗和快速負載切換的特點。圖4所示為電源模塊的負載瞬態響應。

 

若保持足夠低的等效串聯電阻，則可通過調整輸出電容來改善瞬態響應。增加輸入電容可增強對更長和/或(huo)更(geng)深(shen)的(de)瞬(shun)態(tai)步(bu)長(chang)的(de)響(xiang)應(ying)。得(de)益(yi)於(yu)每(mei)相(xiang)電(dian)流(liu)的(de)減(jian)少(shao)
，增(zeng)加(jia)變(bian)流(liu)器(qi)相(xiang)位(wei)還(hai)可(ke)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)有(you)效(xiao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)及(ji)允(yun)許(xu)更(geng)小(xiao)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)器(qi)和(he)電(dian)容(rong)器(qi)來(lai)改(gai)善(shan)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。

 

縮小解決方案尺寸

 

德州儀器現已開發出創新的用於功率模塊的緊湊封裝技術。

 

此類封裝技術是如圖5所示的四方扁平無引線（QFN）封裝，具有單個銅引線框架。帶旁路元件的集成電路（IC）安裝在該引線框架上。通過將電感器安裝在IC和無源元件上
，開關節點也變得緊湊、長度較短，並降低EMI。示例包括德州儀器的LMZM33603 和 LMZM33602, 它們均具有36V輸入額定值，可提供高達3A的負載電流。

 

 

采用的MicroSiP™或QFN封裝技術可用於需要更低功率的電源軌。此類封裝技術使用裸DC/DC穩壓器芯片並將其嵌入薄的印刷電路板基板中。銅跡線不是使用接合線
，而是將芯片連接到基板
，如圖5所示。示例包括德州儀器的LMZM23601 和 LMZM23600, 它們集成了輸入旁路電容和電感，以提供更好的EMI性能。

 

可在很寬的溫度範圍內工作

 

電源模塊的一個優點是它們可在高溫條件下操作。通過優化的設計
、封裝
、布局和合適的元件選擇
，功率模塊即使在100°C的高溫下也可提供50%的負載電流，如圖6所示。

 

 

使用電源模塊生成反向電源

 

在DAQ中，選擇用於采樣AC模擬輸入的ADC指定為±10.24 V的輸入範圍。傳感器的AC電流或電壓輸出使用增益放大器縮放到ADC輸入範圍，且用於縮放增益的運算放大器使用±12 V直流電源供電。可使用多種方法生成所需的雙極DC電源。一種方法是通過在反向降壓-升壓配置中使用功率模塊來產生負電源。

 

在標準降壓配置中
，正極連接（VOUT）連接到內部電感，回路連接到係統地。在反向降壓-升壓配置中，係統接地連接到VOUT，回路現在是負輸出。這種拓撲結構可實現反向輸出電壓，如圖7所示。

 

 

結論

 

除提供上述詳細的多種優勢外，DAQyingyongzhongdedianyuanmokuaihaiketigaoxitongxingnenghekekaoxing，jianshaoshejigongzuo，bingbangzhushejirenyuanyouhuadianlubankongjian。dezhouyiqijuyouguanjiaojianrongdedianyuanmokuaixilie，juyoubutongdefuzaidianliuhekebianchengshuchudianya
，keweiDAQ設計提供可擴展性。

 

 

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