La búsqueda de dispositivos más pequeños, delgados y potentes requiere que los diseñadores reduzcan el tamaño de los pasivos, inductores y capacitores de potencia. Esta nota de aplicación explora las compensaciones de ingeniería paradójicas con un enfoque en la administración de energía y la conmutación de fuentes de alimentación. Después de analizar las pérdidas de conmutación y filtrado, los fallos de conmutación, el tiempo muerto y los disparos, pasamos a los trucos para resolver problemas de eficiencia energética con circuitos integrados.
Integración de pasivos de potencia y compensaciones tácticas para la eficiencia energética: Parte 1, Armonía: diseño como un director sinfónico
Resumen: La búsqueda de dispositivos más pequeños, delgados y potentes requiere que los diseñadores reduzcan el tamaño de los pasivos, inductores y capacitores de potencia. Esta nota de aplicación explora las compensaciones de ingeniería paradójicas con un enfoque en la administración de energía y la conmutación de fuentes de alimentación. Después de analizar las pérdidas de conmutación y filtrado, los fallos de conmutación, el tiempo muerto y los disparos, pasamos a los trucos para resolver problemas de eficiencia energética con circuitos integrados.
prólogo
Los pasivos de potencia, los inductores y los condensadores juegan un papel importante en los productos de consumo actuales. Este es un tamaño físico grande en comparación con los diminutos y delgados teléfonos y tabletas que son omnipresentes en la actualidad. Debemos ser inteligentes y aplicar el método científico. Siento que lo escucho todas las semanas. “Disminuya el tamaño de su fuente de alimentación conmutada para aumentar su eficiencia” generalmente significa aumentar el tiempo de funcionamiento de la batería. Sin duda es una buena idea, pero tendrás que reducir el espacio físico. Un enfoque prometedor para el dilema es atacar pasivos de poder de tamaño relativamente grande.
Esta serie de dos partes comienza explorando muchas compensaciones de ingeniería contradictorias, contradictorias y paradójicas. La Parte 1 se centra en la amplitud de conocimientos que necesita un buen diseñador para ofrecer soluciones bien integradas y de bajo consumo, como el director de una orquesta sinfónica. Un director sinfónico debe conocer el sonido y las capacidades de cada instrumento y de cada músico para poder realizar una obra armoniosa. Su inteligente entrelazamiento musical se suma al deleite de la audiencia y produce repetidores. Sí, es un buen modelo a seguir para nosotros.
¿Por qué centrarse en las fuentes de alimentación conmutadas?
La tendencia en la electrónica es ser pequeños, livianos, delgados, de bajo consumo y tener muchas características “geniales”. Esto es cierto para los dispositivos de consumo portátiles, televisores de pantalla grande ultradelgados e incluso electrodomésticos como lavavajillas, lavadoras y secadoras de ropa. Los consumidores quieren baterías más duraderas para un funcionamiento más rápido y una carga más rápida. El problema realmente cristaliza en la administración de energía y la batería. La tecnología de las baterías ha prometido avances, pero han tardado en materializarse porque la química es difícil de resolver rápidamente. Como resultado, debemos centrarnos en abordar los problemas de gestión. Una fuente de alimentación con regulador analógico lineal debe convertir el exceso de voltaje en calor para que una fuente de alimentación conmutada pueda convertir el voltaje con pérdidas mínimas.
El primer pensamiento es ahorrar energía. Primero, debe apuntar a los nanoamperios para que no necesite tanta potencia. Si bien existen muchas técnicas para ahorrar energía en componentes discretos, existen muchas otras que se pueden usar dentro de los circuitos integrados (CI). A continuación, debemos colocar el pasivo dentro del paquete IC híbrido. Poner uno o dos componentes discretos dentro podría ser el truco, pero ciertamente no diez. Intentemos. En tercer lugar, debemos preguntarnos qué tan pequeño podemos hacerlo. Esto es lógicamente equivalente a preguntar qué tan alta puede llegar la frecuencia sin sacrificar la eficiencia. ¿Se puede hacer que la frecuencia sea lo suficientemente alta como para usar cables de unión y capacitores en el chip?
Hay muchos tipos de fuentes de alimentación conmutadas, pero esta nota de aplicación se centrará en las fuentes de alimentación reductoras. Esto toma un voltaje más alto y lo deja caer a un voltaje más bajo. Nuestro enfoque son las fuentes de alimentación pequeñas con menos de unos pocos amperios y voltajes inferiores a 10 V. Las fuentes de alimentación de tamaño pequeño, peso ligero y alta eficiencia son características de las fuentes de alimentación que se encuentran en los dispositivos de batería portátiles y de consumo.