Почему повышающие/понижающие преобразователи никогда не бывают полностью интегрированными/все-в-одном?

Переходя от небольших приложений Arduino к более мощным приложениям для работы, мне приходилось переключаться с использования простых линейных регуляторов на переключающие повышающие/понижающие преобразователи каждый раз, когда требуется напряжение, отличное от доступного. Это было намного больше обучения, чем я ожидал; необходимо принимать во внимание такие вещи, как частота переключения, индуктивность и емкость, и почти всегда для работы преобразователя требуется несколько внешних компонентов (например, индуктор).

У меня вопрос, почему эти дополнительные компоненты почти всегда внешние? Я не жалуюсь, я многому научился у коммутатора, и это не так уж и плохо, мне просто любопытно, почему, похоже, нет микросхем plug-and-play (по крайней мере, не то, что я Нашел для выхода 24В, 3А, поправьте, если ошибаюсь) вроде есть для меньших линейных регуляторов.

Я думаю, будет слишком много тепла?

Это тот «уровень интеграции», о котором вы думаете? ti.com/product/TPSM84209
@MarcusMüller В значительной степени это кажется довольно впечатляющим для всего 4 мм x 4 мм.
У Analog Devices есть несколько универсальных PMIC, называемых µModule . Некоторые из них выглядят довольно забавно с катушками индуктивности, прикрепленными к верхней части корпуса.
@Isaac Middlemiss Существует модуль постоянного тока 2,9 мм x 2,6 мм ( ti.com/product/TPS81256 ).

Ответы (3)

Это связано с ограничениями кремния.

Вы можете легко сделать много транзисторов из кремния и соединить их вместе.

Резисторы и конденсаторы, особенно с любой точностью, сложнее, и вы не можете заставить их работать с какой-либо заметной энергией. Это можно сделать, но они занимают много места (я не уверен, как обстоят дела сейчас, но в какой-то момент типичный внутренний компенсационный колпачок для стабильного операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления занимал большую часть кремния).

Катушки индуктивности кончились. Нужны низкоомные обмотки, нужен магнитопровод, нужен размер .

Вот почему в вашем блоке питания есть микросхема, которая делает все, что можно разумно сделать в кремнии, затем она окружена (относительно) большими конденсаторами и (относительно) большой катушкой.

Красиво и лаконично. Я бы добавил, что полезная магнитная энергия индуктора хранится в промежуточном вакуумном пространстве, и, учитывая фиксированную относительную диэлектрическую проницаемость, необходимый объем пропорционален пиковой накопленной энергии. Тем не менее, они делают универсальные модули, такие как PM-03 (хотя в данном случае от переменного тока к постоянному). Причина, по которой я пишу это, заключается в том, что ОП может не знать; и, несмотря на их размер, они могут идеально подходить для интересов ОП.
@jonk - я не хотел все усложнять. Интересное представление о том, где заканчивается полезная энергия — у вас есть ссылка на это?
Вы можете найти его сами, внимательно изучив уравнения либо во 2-м томе лекций Фейнмана, либо путем очень простого анализа обычных уравнений индуктора, основанных на электронике. Я работаю с физиками целыми днями, и что заставило меня «думать», так это почти оскорбительный комментарий одного физика в мой адрес, когда я более 30 лет назад продемонстрировал отсутствие вдумчивости в этой теме. Это была быстрая пощечина, и он не стал уточнять. Но то событие заставило меня "пойти посмотреть". Тогда я легко это увидел. (Если хотите, я могу написать больше.)
Как тогда управляются такие устройства, как этот из комментария Маркуса выше? Они теряют точность?
@IsaacMiddlemiss, они прячут индуктор (и, возможно, дискретный конденсатор) внутри компаунда для пресс-формы.
@ThePhoton Я так догадался, но в свете ответа Тима Вескотта, как им удалось сделать его таким маленьким, но при этом получить значительный результат?
@IsaacMiddlemiss, вы увидите, что это называется «модуль», а не «IC». Это слово (плюс высота и общий большой размер) позволяет вам понять, что внутри этого пакета находится «обычная старая» схема.
@IsaacMiddlemiss Как правило, коммутационные источники питания уменьшаются за счет тщательного проектирования и повышения частоты переключения. Размер индуктора определяется энергией, необходимой для хранения каждого цикла. При прочих равных, по мере увеличения скорости переключения индуктор накапливает меньше энергии за цикл для того же уровня мощности.
Удивительно, но в техническом описании говорится, что конструкция имеет фиксированную частоту 750 кГц.
@IsaacMiddlemiss Это не только выходной уровень, но и качество. Катушка индуктивности и конденсатор определяют пульсации при фиксированной частоте переключения.

Доступны также компактные микомодули, например, от Analog Devices [Linear Technology].

Он объединяет контроллер, индуктор и конденсаторы в одном корпусе:введите описание изображения здесь

Причины использования таких модулей:

  • Отсутствие ресурсов для разработки SMPS
  • Высокая степень интеграции для приложений с малой площадью печатной платы
  • Высокая устойчивость к механическим ударам

Полностью интегрированный преобразователь постоянного тока часто называют «модулем постоянного тока» (примеры) . Модуль DC-DC довольно распространен в продаже. Если вы посмотрите на KC705 (оценочный комплект Kintex-7), вы увидите четыре полностью интегрированных модуля DC-DC с правой стороны.

Примечательно, что многие производители конденсаторов производят свои собственные модули постоянного тока с компонентами, которые не продаются.

Почему повышающие/понижающие преобразователи никогда не бывают полностью интегрированными/все-в-одном?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v