Kitronik Arcade untuk BBC micro: bit dan MakeCode Arcade Banyak desain elektronik, seperti sistem bertenaga baterai, memerlukan konverter DC/DC yang kuat untuk mempertahankan tegangan keluaran yang stabil selama fluktuasi tegangan masukan. Meskipun topologi empat saklar step-down ke step-up adalah pilihan umum karena fleksibilitas dan kepadatan dayanya, terdapat tantangan desain yang signifikan ketika memperluas sistem ini ke aplikasi arus tinggi. Perancang harus hati-hati menyeimbangkan arsitektur di dalam regulator tegangan step-down dan step-up. Secara khusus, integrasi induktor dan perangkat pendeteksi arus akan secara signifikan mempengaruhi ukuran keseluruhan, kompleksitas dan efisiensi rangkaian.
Makalah ini memberikan gambaran singkat tentang tantangan dan trade-off yang dihadapi oleh perancang sistem tenaga listrik. Selanjutnya, solusi dari lini produk Analog Devices Buck dan Boost Pressurizer disajikan dan bagaimana solusi tersebut mengatasi tantangan ini dan mengoptimalkan desain. Kit evaluasi dan perangkat lunak yang dapat digunakan desainer untuk mempercepat pembuatan prototipe dan pengembangan disorot.
Pertukaran terpadu dalam desain step-down - step-up arus tinggi
Dalam konverter step-down ke step-up empat sakelar, tahap daya memerlukan empat MOSFET, induktor daya, dan perangkat penginderaan arus. Bagaimana mengalokasikan komponen-komponen ini antara paket modul dan papan sirkuit tercetak (PCB) adalah keputusan arsitektur inti bagi para desainer.
Penempatan eksternal induktor dan resistor pendeteksi pada PCB memberi perancang kendali penuh atas pemilihan komponen. Ukuran induktor, material inti, dan arus saturasi dapat disesuaikan secara akurat dengan aplikasi. Namun, fleksibilitas ini memiliki konsekuensi: komponen eksternal menempati ruang papan, memperumit tata letak, dan memerlukan pengkabelan yang hati-hati untuk meminimalkan kebisingan di jalur deteksi saat ini.
Mengintegrasikan induktor dan resistor pendeteksi ke dalam paket modul menyederhanakan desain dan tata letak, mengurangi jumlah komponen dan jejak PCB. Namun, ada trade-off: induktor dibatasi oleh ukuran paket, yang mungkin membatasi arus keluaran maksimum dan kinerja termal.
Selain itu, resistor pendeteksi dapat diganti dengan skema penginderaan arus non-destruktif, sehingga menghilangkan resistor pendeteksi sepenuhnya. Meskipun hal ini meningkatkan efisiensi daya, hal ini menghasilkan desain sirkuit terintegrasi (IC) yang lebih kompleks untuk modul step-down - boost.
Bagaimana ketiga seri modul mengatasi tantangan integrasi step-down dan step-up
Sebagai bagian dari lini produk Modul µ yang luas, Perangkat Analog menawarkan beragam modul DC/DC yang memungkinkan desainer untuk memilih di antara strategi integrasi ini. Makalah ini berfokus pada modul step-down - boost empat sakelar (Gambar 1): LTM4607, LTM4605 dan LTM4; LTM8055, LTM8056 dan LTM8054; Dan LTM4712. Masing-masing untuk area berbeda dalam rentang tegangan masukan dan arus keluaran.
Empat saklar step-down - step-up µ Grafik modul
Gambar 1: Modul empat saklar step-down - step-up µ ditampilkan, yang dibuat dengan cara berbeda untuk tegangan masukan dan arus keluaran berbeda. Sumber Gambar: Perangkat Analog, dimodifikasi oleh Kenton Williston)
Konverter DC/DC dengan induktor eksternal dan resistor deteksi
LTM4, LTM4605 dan LTM4pengontrol terintegrasi dan MOSFET dalam paket Modul µ dengan induktor daya dan resistor penginderaan arus di luar papan sirkuit (Gambar 2). Struktur ini memungkinkan perancang untuk secara fleksibel memilih nilai induktor dan resistor induktor untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu.
Diagram Skema Perangkat Analog LTM4, LTM4605 dan LTM4
Gambar 2: Kemasan (kiri) LTM4607, LTM4605 dan LTM4dan skema tingkat daya yang sesuai (kanan) dengan induktor eksternal dan resistor induksi disorot. Sumber Gambar: Perangkat Analog)
LTM4, LTM4605 dan LTM4pin kompatibel dengan paket LGA 15 mm x 15 mm x 2,82 mm. LTM4605 dirancang untuk aplikasi tegangan rendah dengan rentang tegangan masukan 4.5 V hingga 20 V dan arus keluaran 12 A (mode tegangan rendah). LTM4607 dan LTM4 memperluas rentang masukan pada 10 A (mode tegangan rendah) hingga 36 V, dengan LTM4 rentang tegangan keluaran terluas dari 0,8 V hingga 34 V.
Konverter DC/DC dengan induktor terintegrasi dan resistor deteksi
LTM8055, LTM8056, dan LTM8054 (Gambar 3) mengintegrasikan induktor daya dan resistor penginderaan arus ke dalam paket Modul untuk menyederhanakan desain dan tata letak dengan mengurangi jumlah komponen eksternal pada PCB.
Diagram Skema Perangkat Analog LTM8055, LTM8054 dan LTM8056
Gambar 3 menunjukkan modul (kiri) perangkat LTM8055, LTM8054 dan LTM8056 dan menyoroti tata letak skema (kanan) dari induktor terintegrasi dan resistor deteksi. Sumber Gambar: Perangkat Analog)
Dari tiga rangkaian berbeda yang dibahas dalam makalah ini, rangkaian ini memiliki arus keluaran terendah: 5,4 A untuk LTM8054, 5,5 A untuk LTM8056, dan 8,5 A untuk LTM8055 (semua nilai dalam mode step-down). LTM8056 memiliki rentang masukan 5 V hingga 60 V, yang merupakan perangkat terluas yang dibahas di sini, dan memiliki tegangan keluaran maksimum 48 V. LTM8054 adalah yang paling ringkas, dengan tapak 15 mm x 11,25 mm dan tinggi 3,42 mm untuk desain dengan ruang terbatas. LTM8055 dan LTM8056 dikemas dalam 15 mm x 15 mm x 4,92 mm.
Konverter DC/DC dengan induktor terintegrasi dan deteksi arus non-destruktif
LTM4712 (Gambar 4) menggunakan metode deteksi arus yang berbeda. Daripada menggunakan resistor inspeksi terpisah, ia menggunakan solusi NDI eksklusif yang terintegrasi dalam modul. Hal ini menghilangkan hilangnya daya yang terkait dengan resistor deteksi khusus.