W jaki sposób używać synchronicznych przetwornic prądu stałego, aby zmaksymalizować sprawność obniżania
Wyzwaniem dla projektantów jest przeprowadzenie obniżenia napięcia z maksymalną sprawnością, minimalnym obciążeniem termicznym, przy niskich kosztach i jak najmniejszym rozmiarze rozwiązania.
Potrzeba obniżenia wysokich napięć magistrali do niższych napięć w celu zasilania układów scalonych i innych odbiorników rośnie w wielu systemach, w tym w motoryzacji, automatyce przemysłowej, telekomunikacji, informatyce, sprzęcie AGD i elektronice użytkowej. Wyzwaniem dla projektantów jest przeprowadzenie tego obniżenia z maksymalną sprawnością, minimalnym obciążeniem termicznym, przy niskich kosztach i jak najmniejszym rozmiarze rozwiązania.
Konwencjonalne, asynchroniczne przetwornice obniżające stanowią potencjalnie tanie rozwiązanie, jednak mają również niższą sprawność konwersji, która nie spełnia potrzeb wielu układów elektronicznych. Podczas tworzenia kompaktowych rozwiązań wysokiej sprawności projektanci mogą skorzystać z synchronicznych przetwornic prądu stałego i synchronicznych kontrolerów prądu stałego.
W tym artykule krótko opisano wymagania eksploatacyjne układów elektronicznych dla wysokosprawnych przetwornic prądu stałego oraz omówiono różnice pomiędzy asynchronicznymi i synchronicznymi przetwornicami prądu stałego. Następnie przedstawiono kilka opcji konstrukcyjnych synchronicznych przetwornic prądu stałego firm Diodes Inc., STMicroelectronics oraz ON Semiconductor razem z płytkami ewaluacyjnymi i wskazówkami projektowymi, które mogą ułatwić tworzenie rozwiązań wysokiej sprawności.
Dlaczego potrzebne są synchroniczne przetwornice prądu stałego
Rosnące wymagania dotyczące wyższej sprawności we wszystkich typach systemów elektronicznych w połączeniu z rosnącą złożonością systemów powodują adekwatną ewolucję architektur systemów zasilania i topologii konwersji energii. Wraz z rosnącą liczbą niezależnych stref napięciowych do obsługi coraz większej liczby funkcjonalności, architektury zasilania rozproszonego (DPA) są stosowane w coraz większej liczbie systemów elektronicznych.
Zamiast kilku izolowanych źródeł do zasilania różnych odbiorników, architektura DPA posiada jeden izolowany zasilacz prądu zmiennego/stałego, który wytwarza stosunkowo wysokie napięcie dystrybucyjne, oraz wiele mniejszych przetwornic obniżających, które przekształcają napięcie dystrybucyjne na niższe, zgodnie z wymaganiami poszczególnych odbiorników (ilustracja 1). Zastosowanie wielu przetwornic obniżających oferuje korzyści w postaci mniejszych rozmiarów, wyższej sprawności i lepszych parametrów pracy.
Ilustracja 1: Architektura zasilania rozproszonego z głównym, izolowanym zasilaczem prądu zmiennego/stałego (w układzie front end) i wieloma nieizolowanymi przetwornicami prądu stałego zasilającymi odbiorniki niskiego napięcia. (Źródło ilustracji: © Digi-Key Electronics)
Proces wyboru pomiędzy asynchronicznymi i synchronicznymi przetwornicami obniżającymi jest oparty na kompromisie pomiędzy kosztem a sprawnością. Jeśli wymagany jest najniższy koszt rozwiązania i można zaakceptować niższą sprawność oraz wyższe obciążenie termiczne, preferowane może być asynchroniczne rozwiązanie obniżające. Z drugiej strony, jeśli priorytetem jest sprawność i preferowane jest rozwiązanie wytwarzające mniej ciepła, droższa synchroniczna przetwornica obniżająca jest z reguły lepszym wyborem.