Dalam aplikasi seperti koneksi nirkabel yang bergantung pada sirkuit analog tingkat sinyal rendah dan desain digital yang menggunakan tegangan rel daya rendah,kualitas rel DC adalah kunci untuk mempertahankan kinerja sistemSelain efisiensi konversi, akurasi output, stabilitas, dan garis dan beban regulasi,kualitas rel DC juga tergantung pada faktor-faktor seperti kebisingan inheren mereka dan respons sementara terhadap perubahan beban dinamis.
Namun, seri Silent Switcher Analog Devices yang kuat telah mengalami beberapa generasi pengembangan dan telah menjadi teknologi yang matang yang, bila diterapkan dengan benar,dapat memberikan output DC berisik yang dibutuhkan dan respon transisi ultra cepat.
Artikel ini akan berfokus pada pengenalan regulator switching DC/DC berkinerja tinggi yang mudah digunakan ini, kelebihan mereka, dan masalah yang dapat mereka selesaikan.Artikel ini akan mengambil aplikasi perangkat analog sebagai contoh untuk menggambarkan bagaimana memaksimalkan kinerja regulator switching ini.
Silent Switcher Series
Regulator switching DC/DC seri Silent Switcher dari Perangkat Analog sekarang telah berkembang menjadi generasi ketiga.Produk generasi pertama Silent Switcher 1 terutama digunakan untuk mengurangi kebisingan frekuensi tinggi yang terkait dengan regulator switchingGenerasi produk ini memiliki tiga keuntungan utama: gangguan elektromagnetik yang rendah (EMI), efisiensi tinggi, dan frekuensi switching yang tinggi (cocok untuk perangkat terkait yang lebih kecil).
Selanjutnya, Analog Devices merilis Silent Switcher 2. Produk ini mempertahankan fungsi pendahulunya dan menambahkan kapasitor presisi terintegrasi,mengadopsi penampilan yang lebih kompak dan menghilangkan sensitivitas terhadap tata letak papan sirkuit cetak (papan PC).
Produk generasi ketiga Silent Switcher 3 mewarisi fitur unik dari dua generasi sebelumnya.Produk ini juga memiliki keunggulan respon transien cepat dan kebisingan ultra-rendah dalam rentang frekuensi rendah (Gambar 1).
Silent Switcher DC/DC regulator dari Analog Devices (klik untuk memperbesar).
Gambar 1: Setiap generasi regulator DC / DC Silent Switcher mempertahankan fitur dan fungsi dari generasi sebelumnya dan menambahkan fitur dan fungsi baru. (Sumber gambar: Perangkat Analog)
Solusi Kebisingan Switcher Sederhana
Untuk mencapai karakteristik kebisingan rendah dari dua generasi produk sebelumnya, para desainer mempelajari berbagai sumber kebisingan dan mengeksplorasi metode inovatif untuk menghindari, meminimalkan,atau bahkan menghilangkan sumber suaraHal ini membutuhkan pendekatan multi-faceted. misalnya, sumber utama kebisingan dalam switch mode power supply adalah tindakan switching arus, bukan aliran arus keadaan tetap.Dalam topologi regulator mode switch tradisional, ada jalur arus yang disebut thermal loop. Thermal loop adalah sumber utama dari kebisingan frekuensi tinggi yang dipancarkan ke udara, menyebabkan EMI.Generasi pertama Silent Switcher DC / DC regulator inovatif membagi sirkuit termal menjadi dua sirkuit arus simetrisHal ini menciptakan dua medan magnet polaritas berlawanan, yang sebagian besar membatalkan kebisingan yang dipancarkan.
Dengan mengintegrasikan kapasitor input langsung ke dalam paket IC, Silent Switcher 2 meminimalkan sirkuit termal kritis sejauh mungkin.
Arsitektur ini mendukung beralih cepat tepi, mencapai efisiensi tinggi di bawah kondisi switching frekuensi tinggi sambil mempertahankan kinerja EMI yang baik.Kondensator keramik internal di ujung tegangan input DC (VIN) membantu mempertahankan loop arus AC cepat kecilArsitektur Silent Switcher juga memanfaatkan desain proprietary dan teknologi kemasan untuk memaksimalkan efisiensi pada frekuensi yang sangat tinggi,memungkinkan untuk melewati batas EMI puncak CISPR 25 Kelas 5.
Selain itu, teknologi posisi tegangan aktif (AVP) juga digunakan, yang berarti bahwa tegangan output tergantung pada arus beban.nilai regulasi tegangan keluaran lebih tinggi dari nilai nominal, dan ketika di bawah beban penuh, itu lebih rendah dari nilai nominal. regulasi beban DC telah disesuaikan untuk meningkatkan kinerja sementara dan meminimalkan kebutuhan kapasitor output.
Silent Switcher 3 dan Tanggapan Transient
Tanggapan sementara mengacu pada kemampuan regulator tegangan untuk menanggapi perubahan beban tiba-tiba dan telah menjadi parameter yang semakin penting.selain meminimalkan kebisingan frekuensi rendah (10 Hz sampai 100 kHz), produk generasi ketiga juga berfokus pada memberikan respon transisi yang sangat cepat.
Prosesor sinyal dan System on Chip (SoC) sering mengalami perubahan mendadak dalam kurva transisi beban, sehingga semakin banyak perhatian diberikan pada respons transisi.Ini beban transient dapat menyebabkan gangguan ke tegangan catu daya, dan parameter ini sangat penting untuk desain RF berkinerja tinggi.
Oleh karena itu, RF SoC biasanya menerapkan waktu blanking selama transisi beban. Dalam aplikasi 5G, kualitas informasi terkait erat dengan periode blanking selama periode transisi.Meminimalkan dampak transisi beban pada catu daya akan meningkatkan kinerja tingkat sistem.
Untuk mencapai tujuan ini, perangkat Silent Switcher 3 chip tunggal mengadopsi desain amplifier kesalahan kinerja ultra-tinggi,yang dapat memberikan stabilitas tambahan bahkan dalam kasus kompensasi agresifFrekuensi switching maksimum 4 megahertz (MHz) memungkinkan IC untuk meningkatkan bandwidth loop kontrol ke sekitar 100 kHz dalam mode kontrol arus puncak frekuensi tetap.teknologi inovatif yang banyak juga dapat mengurangi faktor halus yang menghambat respon sementara:
Pemisahan Beban - Dalam desain khas, beban 1 V mencakup sirkuit pemancar dan penerima, osilator lokal (LO), dan osilator terkontrol tegangan (VCO).Selama operasi dupleks pembagian frekuensi (FDD)Sementara itu, beban LO dan VCO konstan, tetapi membutuhkan presisi tinggi dan kebisingan rendah.
Karakteristik bandwidth tinggi dari perangkat ini memungkinkan desainer untuk memisahkan beban dinamis dan statis melalui induktor kedua (L2),dengan demikian memberi daya dua kelompok beban 1 V kritis dari IC regulator (Gambar 2)Tanggapan transisi beban cepat, penyimpangan VOUT minimal, dan tidak akan mempengaruhi beban statis (Gambar 2, bawah).