在本篇文章中，我将从不同方面深入介绍降压、升压和降压-升压拓扑结构。
降压转换器
图1是非同步降压转换器的原理图。降压转换器将其输入电压降低为较低的输出电压。当开关Q1导通时，能量转移到输出端。
图1：非同步降压转换器原理图
公式1计算占空比：
公式2计算最大金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）应力：
公式3给出了最大二极管应力：
其中Vin是输入电压，Vout是输出电压，Vf是二极管正向电压。
与线性稳压器或低压差稳压器（LDO）相比，输入电压和输出电压之间的差异越大，降压转换器的效率就越高。
尽管降压转换器在输入端具有脉冲电流，但由于的电感 - 电容（LC）滤波器位于转换器的输出端，输出电流是连续的。结果，与输出端的纹波相比，反射到输入端的电压纹波将会更大。
对于占空比小且输出电流大于3A的降压转换器，建议使用同步整流器。如果您的电源需要大于30A的输出电流…
作者：Winter Cheng 德州仪器
自从上世纪 60 年代开关模式电源 (SMPS) 问世以来，出现了几种我认为足以让设计人员为之兴奋的技术，即：磁集成（70年代）、软开关（70 年代）、MOSFET（70 年代）和数字控制（70 年代）。除了数字控制是为了提高电源智能性以外，其它几项技术都是为了从更小的尺寸中获得更多的电源。
从另一个角度来看，1980 年之后 SMPS 的发展趋于平缓。我所说的“平缓”实际上是指有点乏味。因此，每当有工程师告诉我说他开发了某项电源革命性突破技术时，我的第一反应就是“老兄，天底下哪还有什么新事物哟。”
图 1：很多令人关注的发展都在 70 年代，随后直到现在都很乏味。
在 1999 年我开始自己电源设计人员职业生涯时，就相信这个行业永远不会停止其向更高功率密度发展的脚步，而且明白我手上有几种工具可以帮助我在这一方向全速行进，这分别是…
作者：Brian King
今天，开关电源将把 MOSFET 作为电源开关几乎是意料之中的事情。但在一些实例中，与 MOSFET 相比，双极性结式晶体管 (BJT) 可能仍然会有一定的优势。特别是在离线电源中，成本和高电压（大于 1kV）是使用 BJT 而非 MOSFET 的两大理由。
在低功耗（3W 及以下）反激式电源中，很难在成本上击败 BJT。大批量购买时，一个 13003 NPN 晶体管价格可低至 0.03 美元。该器件不仅可处理 700V VCE，而且无需过大的基流便可驱动几百毫安的电流。使用 BJT，增益和功率耗散可能会将实际使用限制在低功耗应用中。在这些低功耗标准下，MOSFET 与 BJT 之间的效率差异非常细微。下图 1 对比了两个相似 5V/1W 设计的效率。第一个设计是 PMP8968 使用 MOSFET，而另一个设计则是 PMP9059 使用 BJT。这并不是完全公平的对比，因为这两个电源在设计上采用不同的输入电压运行…
同步降压转换器已作为隔离式偏置电源在通信及工业市场得到认可。隔离式降压转换器或者通常所谓的 Fly-Buck™ 转换器，采用一个耦合电感器代替降压转换器电感器，用以创建隔离式输出以及非隔离式降压输出。每个隔离式输出只需一个绕组、一个整流器二极管和一个输出电容器。可使用这种拓扑以低成本的简单方式生成多个半稳压隔离式或非隔离式输出。
降压转换器和 Fly-Buck 转换器中存在一些主要电流差别。我们对降压转换器中的开关电流环路已经很熟悉了，如图 1 所示。包含输入旁路电容器、VIN 引脚、高低侧开关以及接地返回引脚的输入环路承载着开关电流。该环路应针对静音工作进行优化，达到最小迹线长度与最小环路面积。包含低侧开关、电感器、输出电容器以及接地返回路径的输出环路实际上承载着低纹波 DC 电流。虽然为实现低 DC 压降、低损耗和低稳压误差而让所有电流路径尽量最短非常重要…
降压稳压器的效率／尺寸权衡
作为一名应用工程师，我知道降压稳压器的实施不可避免地要涉及效率与尺寸的权衡。尽管这一原理适用于众多开关模式 DC/DC 拓扑，但当应用需要低输出电压和高输出电流（例如 1V 和 30A）时，这一原理就不一定适用了，因为这需要可平衡效率与尺寸的小型电源解决方案。
高效率是重要的性能基准，不仅可减少功率损耗与组件温度上升，而且还可在给定气流与环境温度条件下带来更多有用功率。从这个观点来看，低开关频率非常具有诱惑力，但同时需要大型滤波器组件来满足输出纹波与瞬态响应等目标规范的要求，因此成本和尺寸会随之增加。
专门用于电源管理的 PCB 面积是系统设计人员所面临的一个巨大制约条件。对于这个问题，我们先来回顾一下高开关频率的各项优势。首先，电感和电容需求会随频率上升而降低，从而可实现更紧凑的 PCB 布局以及更小的尺寸外形。更低的电感不但可实现更快的大型信号电流变化以及更高的控制环路带宽…
作者：Joe DeNicholas 德州仪器
实现相位可调光低纹波 LED 驱动器的最低成本方法是什么？不是开关稳压器，而是支持动态负载的线性稳压器。这里有一些与使用线性离线 LED 驱动器解决方案有关的最常见问题。
TPS92411 功能方框图
1. 为什么照明设计人员要使用电解质电容器？没有那种元件能以电解质电容器的价位提供相应的大容量存储。如果在制造和装配过程中经过精心挑选、采购和处理，它们可能会非常可靠。事实上，认为电解质电容器是 LED 驱动器系统中可靠性最差的元件的这种观点是错误的，因为有四至六种其它元件比电解质电容器更容易引起稳定性问题。电解质电容器的使用寿命终结时间通常定义为在电容降低 50% 或等效串联电阻 (ESR) 提高一倍的时候，（ESR 的翻倍在这里几乎没什么影响，但电容器的使用寿命接近终结时间，因此它可能不会提升 1 倍）。电解质产品的大多数问题在于低成本反激式电源（例如低成本的 PC…
作者：Nagarajan Sridhar
我的童年是在印度的一个沿海城市度过的，回首往事，我仍然记得严重潮湿和尚可忍受的90°F热浪相互夹杂的情形——典型的赤道气候。重回故里，我发现当地的温度变得更高，经常会超过100°F。我还发现随处可见的分体式空调；这在我的童年是非常罕见的。分体式空调由内机和外机组成。外机安装在房屋的外墙上，机身里面是冷凝旋管和压缩机。最后，我还发现空调主要供应商们的很多标志和广告。
空调机组的耗电量很大，因此随着其普及度日渐提高，必须降低能耗。而降低能耗的唯一方式是采用节能空调和隔热良好的房间。在选择合适的空调时，功率和季节能效比（SEER）等级是考虑的关键。季节能效比等级越高，意味着能效越高。幸运的是，大多数空调品牌的能效等级都很高。
节能空调的压缩机和冷凝器风扇使用变频驱动器（VFD）。另一种方法是在空调电源中采用有源功率因数校正（PFC）。两种趋势都是在系统中采用了开关式能量转换…
作者：Weng Iris
1.介绍
BQ40z80是完全集成的2-7节锂离子或锂聚合物电池管理芯片，采用已获专利的Impedance Track™技术，具备电流、电压和温度等全面的可编程保护功能。其硬件电路设计主要分为三个部分：主电流回路模块、电量计模块和保护模块。
2.主电流回路
主电流回路即指在电量计的控制下对电池进行充电、放电的电流回路。当充电时，该回路的电流从PACK+开始，经过用于控制充电和放电的开关FETs、化学保险丝、电池和电流采样电阻，最终回到PACK-。
2.1充、放电FETs
充、放电的两个N-CH FETs以漏极对接的方式串联在PACK+和电池组的正极，如图2-1所示，Q2、Q3分别是充、放电FET。当进行充电或放电时，Q2和Q3同时导通；当充电停止时，Q2关断；当放电停止时，Q3关断…
作者：廖远 实习工程师， 陈鉴宇 华南区工程师
随着工业4.0时代的到来，机器人在工业制造的舞台上成为了主角。除了更高效的代替体力劳动，新型多轴机器人还能完成人类无法完成的动作，控制精度也远超人类。多轴机器人的每个轴就是一个伺服电机系统，轴越多就能完成越复杂的动作，但也对减小体积提出了挑战。因此，提高功率密度是机器人伺服驱动开发中的重要问题。
图1. 伺服电机驱动器系统
伺服电机可控制转速、位置，精度很高，在数控机床等工业领域有着广泛的应用。传统伺服电机通常由三相高低侧共六个IGBT组成驱动电路。每个IGBT都要与控制器(controller)隔离，目前多使用光电耦合隔离驱动器。光耦驱动器的隔离侧需要隔离电源供电，如图1所示，三个高侧IGBT分别使用三个隔离的+15V/-8V电源，三个低侧IGBT一般共用一个电源…
作者： TI 工程师 Charles Wong
无线耳机已经在市场上风云了超过10年，而且其取代有线耳机的趋势非常明显。 但是大多数传统的无线耳机只是实现耳机和适配设备（如手机，电脑等）的分离。却仍然需要线缆将两个耳塞连接起来以实现信号的一致性同时降低设计成本。这使得用户的舒适性大大降低，同时让耳机的观赏性急剧下降！尤其是作为休闲和运动用途的耳机，这种设计在一定程度上还增加了线缆被缠绕导致人身伤害的风险。
近年来，随着科技的进步和蓝牙无线方案的成熟， 市场上开始涌现了如图1所示的真正的无线耳机，即两个耳塞之间不再需要线缆来连接， 并有取代传统线缆式无线耳机的趋势。这极大地提高了无线耳机的观赏性和便携性。
图1. 真无线耳机产品
由于真无线耳机尺寸极小，导致耳机内部只能防止容量非常小的锂离子电池…
智能音箱通过尖端的语音识别人工智能技术和高音质来持续提升我们的生活体验。当与其他的家庭自动化设备（如可视门铃、照明系统、恒温器和安保系统）配合使用时，智能音箱和智能显示器正迅速成为智能家居网络的控制中心。
为跟上不断增长的市场需求并保持领先地位，设计人员不仅需要为智能音箱增加功能和提升性能，还需要减小其尺寸并提高散热能力。如何让半导体器件在较小的封装中实现更高性能，将对减小电路板在空间受限的应用中的尺寸至关重要。
大多数电路板上集成了直接影响用户体验的关键组件，如片上音频系统、带触觉反馈的电容式触摸的人机接口控制器，以及LED驱动器引擎和D类音频放大器。智能音箱系统中的其他组件（如电源管理）执行的任务不会直接影响用户体验，但会影响尺寸和成本。设计人员可以在减小这些组件尺寸的同时，继续提升其性能。
一个特定的组件是输入电源保护电路…
记得今年早些时候的一篇博客文章将功率因数校正（PFC）比作啤酒吗？这个比喻太精彩了！在这一类比中，杯中啤酒代表电子装置实际上需要的“有功功率”，顶部的泡沫代表“无功功率”，整杯啤酒加上泡沫代表“表观功率”。今天，我打算提出一个相关的比喻来解释栅极驱动器在PFC设计中的作用。
首先，让我们来简单介绍一下PFC电路的分类。PFC电路整体上分为无源（被动式）或有源（主动式）电路。创建无源PFC电路，需要使用电容器和电感器等无源元件增加电流导通角并平滑脉冲，减少电流的谐波失真。这种方法简单可靠，但是，当功率较高时，无源元件的尺寸和成本会成为较大的问题。无源PFC设计获得的功率因数（PF）只能达到0.9，而且会受到频率、负载变化和输入电压的影响。
有源PFC使用DC/DC电路，电路中有MOSFET、绝缘栅双极晶体管（IGBT）或其他有源元件，以强制电流保持电压的波形和相位…
在上一篇博客《为工业应用选择正确的电池充电器》中，我们讨论了独立与主机控制的充电器和外部与集成开关FET。现在让我们来看看不同的充电拓扑结构。
首先，我们必须更好地理解电池充电器功能：动态电源管理（DPM）和动态电源路径管理（DPPM）。这两个功能与充电拓扑结构密切相关，同样重要。不同的拓扑结构决定了DPM和DPPM性能以及与所选不同元件相关的总成本。对于低功率应用，NVDC充电器以其较低的成本和DPM/DPPM功能引起了人们的关注。对于更高功率的应用，则选择传统的充电拓扑结构以降低功耗。
具有更高输出额定值的适配器通常更贵。为了降低成本，您可能想使用额定值较低的适配器，但这样做需要带有基于电流的DPM功能的充电器，以防止适配器过载。此保护是为了防止总系统负载和电池负载超过适配器可以提供的总功率。例如，bq24133等具有基于电流的DPM的充电器可以处理宽输入电源而不会发生过载（图1）。
现代的直流-直流转换器可以用作汽车电子系统中的紧凑型瞬态抑制器，汽车电池电源线路上有大量的干扰。
TIMOTHY HEGARTY
非隔离式电源解决方案
Texas Instruments
汽车电子子系统的增加产生了对能够在挑战性条件下工作的小型、廉价和高可靠性电子设备的需求。由于汽车电源轨上的噪声，出现了许多这种具有挑战性的情况。根据充电状态、温度和交流发电机的状况，汽车电池电压的稳态范围为9至16 V。然而，电源轨也受到一系列动态干扰，包括启动停止、冷启动和负载突降瞬态曲线。
汽车电源线连续和瞬态传导干扰测试的测试级别
所有这些类型的事件产生了对电子设备可能存在问题的电气条件。为了测试漏洞，每个汽车制造商都有自己丰富的传导抗扰（CI）测试套件，并且有ISO 7637和ISO 16750等国际标准给出的标准脉冲波形…
智能电表是下一代电表，它们将取代仍在使用几十年前开发技术的现有电表。智能电表使用安全连接网络，将能源使用情况通过无线自动发送到公用事业公司。这意味着客户将不会再收到估计的电表账单，或让抄表员进入家中读表。
与传统IR（红外线）和IrDA（红外线数据关联）界面相比，智能电表采用了更先进的通信界面；它们需要更多内存和更强大的微控制器。由于这些功能会导致能耗增加，因此必须使用开关型电源（SMPS），而不是电容液滴电源。单相电表的使用范围为交流100V至500V。三相电表为最低单相交流100V到各相300V。由于必须符合能效标准，特别是符合较低功耗要求，因此为SMPS设计人员带来了更多挑战，因为你不能因为电表使用的能源向客户收费。另一方面，智能电表使用的能源也不应该对公用事业带来无法接受的电力要求。
由于受到全球范围内对电表进行篡改的影响，公用事业公司一直面临着相应的收入损失。自推出第一款电子电表以来，就有一些不道德的人试图通过改动电表进行偷电…
作者：Eric Faraci
当我第一次开始烹饪时，我宁愿独自一人，认为厨房里的其他人会让我分心。但当我开始尝试更复杂的食谱并进行多个烹饪步骤时，我发现拥有帮手非常有用，而且烹饪体验更有趣。俗语说得好：如果你不能打败他们，加入他们。
同样的原则适用于有源钳位反激。
每个人都想要更小的AC/DC转换器，尤其是当它们用于手机或平板电脑充电器时。由于简单，反激式转换器是首选的拓扑结构，因为它可以有效地将交流电转换为直流电，而只需很少的元件。但是，反激式电路能达到多小是受限的，因为与变压器漏感相关的损耗限制了实际大小。到目前为止，每个设计都通过减小漏感来应对这一点。但有源钳位反激打破了这个循环。
图1：有源钳位反激，漏感为红色，有源钳位为蓝色
有源钳位可存储能量并将其传输至输出，而非通过在电阻 - 电容 - 二极管（RCD）或齐纳钳位中消耗能量来应对漏感…
作者：Masoud Beheshti
电力电子世界在1959年取得突破，当时Dawon Kahng和Martin Atalla在贝尔实验室发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。首款商业MOSFET在五年后发布生产，从那时起，几代MOSFET晶体管使电源设计人员实现了双极性早期产品不可能实现的性能和密度级别。
然而，近年来，这些已取得的进步开始逐渐弱化，为下一个突破性技术创造了空间和需求。这就是氮化镓（GaN）引人注目的地方。
作为一种宽带隙晶体管技术，GaN正在创造一个令人兴奋的机会，以实现电力电子系统达到新的性能和效率。GaN的固有优势为工程师开启了重新考虑功率密度的方法，这些方法在以前并不可能实现，如今能满足世界日益增长的电力需求。在这篇文章中，我将探讨如何实现。
为何选择GaN？
当涉及功率密度时，GaN为硅MOSFET提供了几个主要优点和优势，包括：
•较低的RDS（on）：如表1所示…
C型USB改变USB生态系统的一种重要途径是通过USB电缆两端互换（不只是翻动）。这使得诸如膝上型电脑或智能手机的USB设备取决于其所连接的其它USB装置具有不同的行为，因为数据角色和功率角色可独立交换。USB开发者论坛已经发布了C型USB 1.2版本规格。其在1.1版本上做出几个关键变化，我将在此博文中总结，但最大的区别是用来描述这种新型USB生态系统的术语变化。您可能会说了C型USB术语通过此版本进行了“返工”。
新的术语更好地解释了这一新型USB世界，旨在澄清并强调数据角色和功率角色是彼此正交的（除了初始功率角色确定初始数据角色）。换句话说，USB完全融入这一新型二维生态系统。下述表格具有一些需了解的关键术语。
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术语 |
说明 |
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DFP |
朝下端口（数据角色） |
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UFP |
朝上端口（数据角色） |
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DRD |
希望昨晚举行的2015 APEC（国际电力电子应用会议暨展览会）座谈会能够最终将此话题确定下来。虽然参加的人很多，但似乎也过于夸大这一话题了。多少次，我们需要被告知氮化镓（GaN）具有哪些功能？
我想大多数听众都已经了解了GaN在开关速度方面的优势，及能从这些设备中获得的利益。缩小功率级极具吸引力，而更高的带宽则更是锦上添花。电力工程师已考虑在正在开发的解决方案中使用GaN这一材料。既然如此，我们为什么还要花费更多的时间讨论这一话题，说服一些固执的工程师让他们接受GaN可作为一个开关材料用于电力应用呢？这可能是因为当你无话可说时，你就只能重复自己所说的话了。
座谈会首先讨论的是具有一定价值的市场分析。很难弄明白GaN参与者在开发过程中所起的作用，因此这些更新信息仅供参考。市场分析结束后之后，我们接着讨论了Ionel Dan Jitaru所做的一个电力转换性能分析。我并没有看出它与2013 APEC上提交的论文有多大区别，但新手们可能已经从中受益…
此博文最初发表在EPC的GaN谈论博客。点击此处了解更多有关LMG5200和TI GaN解决方案的信息。
Alex Lidow，Ph.D.，CEO和共同创始人，EPC
David Reusch，Ph.D.，应用工程执行总监
John Glaser，Ph.D.，应用工程总监
人类社会对信息的需求正以前所未有的速度增长。随着诸如云计算和物联网（IoT）这些新兴技术的发展，更快地接触更多的信息这一趋势并未显示任何放缓迹象。高速率传输信息成为可能得益于机架和服务器机架，它们多数处于集中式数据中心。
2014年，数据中心（设在美国）所消耗的能量约为1000亿千瓦时（kWh），而国家科学研究开发公司（NRDC）预计到2020年，数据中心电力消费量每年将增至约1400亿千瓦时，相当于50个发电站的年产量。
支持这一快速增长需求所需电力来自我们的电网，并经过多次转换阶段，然后其才真正地将剩余能量馈进数字半导体芯片。图1所示为这一…
作者：Heather Weir
1080p 视频屏幕分辨率现已出现在几乎每个家庭，与当前其它技术一样，该技术也在快速发展进入 4k 视频新阶段。这为我们的设计师朋友们带来了众多挑战，尤其是在内容创建方面。它支持 4K 视频的高带宽，因此使用大量当前接口技术来采集、编辑和查看是一项非常艰难的任务。这些当前接口无法优化内容创建过程，使得未来原生 4k 编程难以实现。对于 60Hz 下的 4k 分辨率而言，需要大约 12Gbps 的带宽才能实现无干扰清晰视频。
ThunderboltTM 技术首次将视频和数据整合到统一链路上，这是在 PC 与外设及显示设备间传输数据的最快方法。Thunderbolt 最初针对 PCIe 数据和 DisplayPort 视频采用两条 10Gbps 的双向通道。去年发布的 ThunderboltTM 2 将两条通道进行整合，得到一条双向 20Gbps 链路，从而可提供双倍带宽充分满足您的外设需求。第一代…
作者：Brian King 德州仪器
谐振 LLC 半桥转换器非常适合离线大功率应用 (200-800W)，因为一次侧 FET 可从零电压开关 (ZVS) 中获得极大的优势。LLC 转换器需要相当窄的输入范围，因此通常伴随有 PFC 前端。在这些功率级下，输出整流二极管中的损耗会成为一个大问题，其可降低输出电压。使用同步 FET 替代二极管似乎是一个缓解这些损耗不言而喻的办法，但应该如何控制同步 FET 呢？
幸运的是，LLC 半桥中的二次电流及电压波形非常适合使用 GREEN Rectifier™ 控制器。该款绿色环保整流器控制器一般用在图 1 所示的反激电源中，用来监控同步 FET 上的漏-源电压。
图 1.反激转换器中使用的绿色环保整流器控制器
在体二极管开始导通时，该绿色环保整流器控制器会感测到正向压降并接通 FET。在 FET 接通时，控制器继续感测漏-源电压，并在电流降到接近 0 安培时关闭 FET…
作者：Timothy Hegarty 德州仪器
系统级节电与功率预算优化是许多应用的关键。例如，数据中心运营商努力控制能耗，便携式设备设计人员力图降低流耗实现更长的电池使用寿命，而通信系统则需要降低工作温度提高稳定性。电源设计主要规范的当前着眼点是：1）在整个负载电流范围内最大限度提高效率；和 2) 根据负载需要自适应缩放输出电压。
使用电压识别 (VID) 调节输出电压是满足这些需求的方法之一。当然，在英特尔和 AMD 提供的众所周知的自适应电压缩放 (AVS) 规范基础上，VID 可编程性已经在微处理器应用的 DC/DC 内核电压稳压器中得到了广泛使用。然而，这些 VID 控制器建立在多相位降压拓扑基础之上，在特性上专门围绕超大电流需求进行了定制。
DSP、FPGA 以及 ASIC 现在具有类似的功能，可根据器件活动、电源及时钟域配置、工作模式以及工作温度…
作者：David Abramson 德州仪器
您是 PoE 用户吗？您是否买过 PoE 设备？如果买过，您是否确定设备符合最新 IEEE 标准？如果您对最后一个问题回答是，那么我希望您再想一下。您怎么知道部件是否真正符合以太网 IEEE 标准？
在上次 IEEE802.3bt 任务组会议中、在讨论 PSE 中的可能故障检测方法时提出了该主题。与 USB 不同，USB 实施者论坛制定了合规计划，PoE 设备并没有类似计划。事实上，谁都可以在其说明书、市场营销信息或者设备上说其产品符合标准，但却没有任何支持依据。有些设备根本就没有有源组件，只是简单地将电源送到以太网线缆上，不做任何检测或分类。更糟的是，其中一部分设备甚至不提供发生故障时用来限流的电路。
显然，像我们这样为标准制定出过力的人非常看重合规性，而且很想看到为减少这种困惑所做的一些事。我相信正式合规计划对于 PoE 供应商与最终用户而言都将是最好的。用户可通过使用…
作者：Brian King
大部分传导 EMI 问题都是由共模噪声引起的。而且，大部分共模噪声问题都是由电源中的寄生电容导致的。
对于该讨论主题的第 1 部分，我们着重讨论当寄生电容直接耦合到电源输入电线时会发生的情况
1. 只需几 fF 的杂散电容就会导致 EMI 扫描失败。从本质上讲，开关电源具有提供高 dV/dt 的节点。寄生电容与高 dV/dt 的混合会产生 EMI 问题。在寄生电容的另一端连接至电源输入端时，会有少量电流直接泵送至电源线。
2. 查看电源中的寄生电容。我们都记得物理课上讲过，两个导体之间的电容与导体表面积成正比，与二者之间的距离成反比。查看电路中的每个节点，并特别注意具有高 dV/dt 的节点。想想电路布局中该节点的表面积是多少，节点距离电路板输入线路有多远。开关 MOSFET 的漏极和缓冲电路是常见的罪魁祸首。
3. 减小表面面积有技巧。试着尽量使用表面贴装封装。采用直立式 TO-220 封装的…
模拟
汽车
DLP® 技术
嵌入式处理
工业
电源管理
