#電源設計 #可攜式裝置電池 #同步升降壓轉換器 #低壓差線性穩壓器LDO #單端主電感轉換器SEPIC #最大功率點控制MPPC

【告別多個電源轉換器！升壓、降壓同步讓系統電壓更穩定】

由於存在非理想或多個輸入電源、暫態干擾及儲存元件充放電，DC/DC 轉換器的輸入電壓往往在寬廣的範圍內產生變化，升降壓 DC/DC 轉換器是電源設計者用來因應此類變化的最有用工具之一。單一電感、同相升降壓轉換器可無縫降低或升高輸入電壓並調節輸出電壓——無論輸入高於、等於或低於輸出時，升降壓轉換器都能彈性因應，可代替兩個 IC (一個單獨的降壓轉換器或一個低壓差線性穩壓器 LDO，加上一個升壓轉換器)，進而大幅度延長可攜式系統的電池壽命，亦可節省印刷電路板 (PCB) 上佔用的空間／面積。

在多個潛在電源的情況下，升降壓轉換器會依電源不同，在完全降壓或升壓模式下運行；但在電源備份應用中，儲存元件放電的放電電壓曲線橫跨所需要的固定輸出，升降壓轉換器將採兩種模式操作。除了消費性產品外，不同應用電源配置的輸入／輸出電壓範圍變化都很大；例如，標準工業電源匯流排電壓為 24V 或 12V。大多數系統都需要多個良好穩定的電源軌供電，較低電壓的電源軌一般由降壓穩壓器或 LDO 供電；不過，若是為感測器和類比元件 (運算放大器、電動機或收發器) 供電，就需要「穩定的」電源軌。

取決於電源匯流排狀態或系統組態，很多這些系統既需要降壓轉換、又需要升壓轉換；升降壓轉換器能彈性運用各種輸入電源運行，將設計中所需的電源轉換器數量和物料清單中的數目降至最低。在汽車應用中，12V 汽車電池是所有電子系統的主電源；但標稱 12V 在冷啟動時可能降至 3V、在拋載時可能上升至近 40V (受到暫態電壓抑制器的限制)，這種環境對電子產品造成嚴酷考驗。很多內部系統都會遇到 24V 雙倍的電池電壓 (例如拖車快速啟動時)。這些極端電壓情況及引擎罩內可能出現的極端高溫，都要求使用堅固可靠的電子系統。

因此，採用「升降壓轉換器」產生系統電壓是審慎作法。航空／軍用環境也可能藉不同電池配置和太陽能電池板運行，故電源亦須因應非常寬廣的輸入電壓範圍；另有些應用要求接受多種不同輸入源，以便任何能源都可自動為系統供電，這類系統一般還要求寬廣的工作溫度。長久以來，既需降壓、又需升壓運行的設計一直是透過多個電源轉換器實現；儘管也能使用 SEPIC (單端主電感轉換器) 等可替代性拓撲、設計上亦較簡單，但效率比同步升降壓轉換器約低 10%，且需兩個電感和一個大電流耦合電容，將提高複雜性和潛在雜訊並縮短電池壽命。

延伸閱讀：
《以新型超低 IQ 升降壓轉換器超越傳統供電方案》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0713/36006.html
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#LED驅動器 #PWM調光 #擴展頻譜頻率調變SSFM #汽車照明 #工業機器視覺

【機器視覺和頻閃因關斷時間，驅動 LED 的洩漏電流將大增！】

LED 的應用範圍不斷擴大，對 LED 驅動器的設計要求也隨之提高。內建開關和內部脈寬調變 (PWM) 調光能力和同步電源開關的 LED 驅動器，可配置為升壓、降壓或升降壓模式；能在很小的封裝尺寸提供大功率，同時控制邊緣速度並降低不想要的場致輻射並消除高頻振鈴，在高效率和低雜訊之間提供恰當平衡。LED 燈串由受控的電流驅動，該電流不必直接返回地，LED+ 和 LED- 或其中任一端子可連至非地電位，為浮動輸出 DC/DC LED 驅動器拓樸創造機會。

高壓側 PWM-TG (傳輸閘) 驅動器和同步開關可配置為升壓、降壓或升降壓模式 LED 驅動器，且 IC 所有功能都可用；意即內部 PWM 調光、SSFM (擴展頻譜頻率調變)、低電磁干擾 (EMI)、ISMON 輸出電流監視器和輸出故障保護功能，從標準升壓拓樸到降壓／升降壓拓樸都能提供。PWM-TG 驅動器簡化了用於 PWM 調光的 MOSFET 連接，在浮動 LED 拓樸中，開路和短路保護不受影響。因此，可滿足汽車白天行車燈、訊號指示燈或尾燈 LED 驅動器的要求。

為防止受到 LED 串短路和開路的影響，需要保護電路，而該元件固有的彈性和內建故障保護功能有助於減少保護電路所需的元件數。當然，恰當的佈局和少量鐵氧體珠濾波也要使用，以獲得最佳 EMI 結果；若需進一步降低 EMI，還可為輸入端增加一個較大的 LC 濾波器。迄今為止，PWM 調光需要一個外部時脈或微訊號；不過，具內部產生 PWM 調光訊號的 LED 驅動器，僅需在 PWM 針腳加上一個外部電壓設定工作週期，就可實現 128:1 PWM 調光比。

PWM 週期 (例如 122Hz) 是由 RP 針腳上的單個電阻設定的。對於具冗餘燈組的車輛而言，有必要保證 LED 電流的準確度、兩側燈的亮度必須匹配；但以同樣方式製造出來的 LED 在採用同樣驅動電流時，產生的亮度可能不同。內部調光功能可用來在接近或幾乎達到 100% 工作週期時微調亮度，然後設定準確的 10:1 或 100:1 調光比。這可使燈組製造商避免因特別分級 LED 而提高成本：當需要較高調光比時，可從外部以通常方式調光。

在有些應用中，甚至可設定為以 5000:1 的外部 PWM 調光比運行，PWM 調光還可以與驅動器的類比調光相結合，提供超過 50000:1 的亮度控制。在工業流水線應用中，機器視覺運用高速數位攝影和數位成像處理，快速提供有關設備的視覺回饋資訊。這有助於在無需或很少需要人工檢查的情況下，迅速發現並隔離有缺陷的產品。機器視覺系統的照明必須與流水線的速度同步，同時能夠針對無限期的關斷時間產生一致的光脈衝。

由於輸出電容會逐漸放電，常規 LED 驅動器只要 PWM 輸入訊號保持低位準，無論時間長短、都無法維持輸出電壓，故通用 LED 驅動器不適合機器視覺這類應用。但本文提及的新型驅動器在 PWM 訊號下降沿時，以數位方式對轉換器的輸出狀態採樣，後透過在 PWM 關斷且 LED 被高壓側 PMOS 斷開時執行「保持切換」，故能在長時間關斷時保持輸出電壓，不會拉走太大的漏電流，可解決機器視覺和頻閃因關斷時間、導致洩漏電流增大數十至數百倍的問題！

延伸閱讀：
《同步、低 EMI LED 驅動器具內建開關和內部 PWM 調光能力》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0401/35077.html
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