RECOM R-78XX系列低功耗電源轉換器應用指南

以前,低功率穩壓通常使用線性穩壓器,只要輸入和輸出電壓之間的壓差不是太大,他們相對低的效率還是可接受的。但是,如果輸入電壓不穩定,那么輸入電壓和輸出電壓差值可能會比較大,這會導致更大的內部損耗,更低的效率以及更高的工作溫度。現在,Recom的R-78xx系列給出了一個從根本上解決問題的答案,在許多應用中與傳統的線性穩壓器相比非隔離DC/DC變換器R-78xx系列有很多的優點。

R-78xx系列按不同的使用特性分成多個小系列,所有SMD和SIP系列的工作環境溫度都達到85℃,輸入電壓范圍為4.5-34 V。

1.R-78xx-0.5系列的3個引腳的SIP封裝:

其引腳排列和間距與78xx線性穩壓器一致,它的元件密度極高,能提供高效率(最大97%)的最大輸出電流為500mA的輸出。它的輸出電壓覆蓋通用標準的1.5v-15v,其外部尺寸僅為11.5 x 7.6 x 10.2 mm,因此可以被用作直接降壓來替換傳統的78xx線性穩壓器,并且因為效率的提高,R-78xx-0.5系列可省掉78xx所需的散熱片和放置散熱片的PCB板空間。

2.R-78xx-0.5的SMT（表面貼片技術）版本:

提供輸入和輸出電壓與SIP（單列直插式封裝）版本一樣,但附加了一個ON/OFF引腳,使得穩壓器可以工作在待機模式,待機電流一般值為20μA(最大值為35μA ),這使其在電池供電等對功耗要求非常嚴格的應用中具有許多優勢。另外,其輸出電壓可調,使許多高規格電源供應器的設計得以簡化。SMD（表面貼片器件）的封裝為高9mm的10-pin雙列封裝。

R-78xx-1.0系列成員也分成我們上面提到的兩種封裝形式,即SIP和SMD,它提供的輸出電流為1000mA。且其物理尺寸和工作環境溫度范圍與R-78xx-0.5的SIP和SMD系列一致,但輸入最大電壓降為18V,輸出電壓限制最大值為5V。

當能量來源于手邊的各類蓄電池、由 UltraCaps（制動能量存儲器采用的一種最新的高效電容器技術）或者能源可轉換系統提供的汽車電池的時候,輸入電壓會高度的變化。由于R-78xx 系列能提供極寬輸入電壓范圍,因此很多革命性的新應用隨之出現了。以下就是其中的一些例子：

（在下面的應用中,為使線路更加簡潔,省略了退偶電容）

圖1：具有低紋波和低噪聲的穩壓器

圖1所示的應用是輸出非常低紋波和高效率的線路,兩類特性良好的穩壓器用得恰到好處。首先,輸出可調的穩壓器R-78A5.0-0.5SMD高效地降低了輸入電壓Ue,使得其僅高于LDO線性穩壓器輸出要求的穩定電壓Ua所需的最小電壓。其次,LDO輸出0.5 A電流要求的典型輸入輸出壓差為150-300 mV,R1和R2用來設置所需的輸出電壓值。R-78A5.0-0.5SMD的低噪音輸出使得LDO能夠快速穩壓,并把紋波控制在20mVp-p。這個線路非常適合于敏感的傳感器或摸數轉換/數模轉換應用。即使算上通過LDO到地漏掉的電流,這個線路仍然具有86%的整體效率。

圖2：逆向IBA（內部總線結構）

一個類似于圖2的大家所熟悉的用于大功率電源的線路便是“內部總線結構”,簡稱為IBA。IBA拓撲結構用隔離變換器把主供應電壓降為內部總線電壓,然后,利用多個非隔離負載點（ni POL）轉換器再次作 dc/dc 轉換,直至最終所需的電路電壓。這個原理顯著的提高效率及降低整體成本。

在這里的應用中,除了降低成本,不同的技術要求同樣是關注的焦點。圖2所示的線路適用于小功率電源供應并且提供一個最理想的解決方案。這個線路中,非隔離的DC/DC變換器R-785.0-yy把一個高變化的輸入電壓轉換為準確穩定的5V總線電壓,因此其后的隔離DC/DC變換器可以得到高度穩定的輸入電壓,從而即使沒有再經過調制類也能輸出緊容差電壓。這種串聯方式的DC/DC變換器的整體效率仍能達到75%,高于成本高很多的一體化（all-in-one）解決方案,并且節約了印刷板空間。選擇逆向流電分離主要是出于成本考慮。原始的IBA布局因為系統只用了一個隔離器而節約成本,同時整體效率得到提高,而逆向IBA的成本優勢在于使用了實用的,應用面廣并且低價格的低功率隔離DC/DC變換器。

模塊解決方案進一步的優勢是用戶可通過將任意的輸出電壓進行任意組合以滿足設計者的供應要求。寬輸入電壓特性在多供應源和需要備用電池消除供電中斷的系統中非常有用?？紤]到電池供電系統或是類似的能量存儲系統的要求,可以再次參考圖2。當儲存的能量釋放,輸出電壓往往會下降;而充電過程中輸出電壓上升。上述的轉換器可以在充電和放電全過程中保持輸出正常。內部總線電壓越低,在輸出異常之前要求單次能量釋放就越多,值得強調的是如果選擇非常低的總線電壓,則其后的變換器的效率也會相對降低。

Fig 3: Energy Storage Circuit

Fig 4: Voltage vs Time Graph

在暫時性供電中斷需要被考慮的應用中,往往會使用輔助能量儲備器,即后備電容。這里用到了與前面電池供電應用類似的觀點。后備電容容量越小,單次釋放能量時電壓就下降的越大,這樣一來對板面空間的要求就減小很多,尤其當使用了更高的供電電壓時更是如此。圖3中的電路就防止了主電源的供應中斷影響到輸出。當輸入電壓降到電容器電壓值以下時,二極管D阻止了后備電容Cs的反向放電。圖4給出了當電源中斷時電壓隨時間的變化關系。UE是儲備電容器的電壓值,UV是供電電壓值,UEmin1是允許的最小輸出電壓,UEmin2是允許的最小內部總線電壓。如果輸出電壓是由內部總線電壓經過升壓轉換器得到的,那么后備電容的放電就可以更徹底。這樣更小的后備電容就可以用來處理更大的供電中斷。

結論：

RECOM的R78系列轉換器不僅有高元件密度(8.5 W/cm3)、體積小(0.9cm3)以及價格優惠等優點,還有前面列出的高技術優勢。不過,在比較其不同的解決方案時,對整個系統的總成本和總的空間要求也常常需要進行比較。

Recom是專業電源廠家,已有三十多年的歷史了,在電源行業已經建立了堅實的技術名聲,產品覆蓋從世界最小的"IC型"表面貼裝到最高效降壓型的DC-DC模塊。RECOM具有提供全世界范圍內技術支持的能力,不僅僅是回應客戶的詢問,而且包括為客戶提供所需要的從產品設計到產品交貨的全方位的技術方案,當然也包括一些數量大的產品的特殊價格的方案。RECOM的DC-DC模塊具有體積最小,功耗最小的特點。