उच्च धारा स्टेप-ड्रॉप डीसी/डीसी कनवर्टर दक्षता को अनुकूलित करें

बीबीसी माइक्रो के लिए किट्रोनिक आर्केड: बिट और मेककोड आर्केड कई इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन, जैसे कि बैटरी चालित सिस्टम, को इनपुट वोल्टेज के उतार-चढ़ाव के दौरान स्थिर वोल्टेज आउटपुट बनाए रखने के लिए शक्तिशाली डीसी/डीसी कनवर्टर्स की आवश्यकता होती है। हालाँकि चार-स्विच स्टेप-डाउन से स्टेप-अप टोपोलॉजी अपने लचीलेपन और पावर घनत्व के कारण एक आम पसंद हैं, लेकिन इन प्रणालियों को उच्च वर्तमान अनुप्रयोगों तक विस्तारित करते समय महत्वपूर्ण डिज़ाइन चुनौतियाँ हैं। डिज़ाइनर को स्टेप-डाउन और स्टेप-अप वोल्टेज रेगुलेटर के अंदर आर्किटेक्चर को सावधानीपूर्वक संतुलित करना चाहिए। विशेष रूप से, इंडक्टर्स और करंट डिटेक्शन उपकरणों का एकीकरण सर्किट के समग्र आकार, जटिलता और दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करेगा।

यह पेपर बिजली प्रणाली डिजाइनरों के सामने आने वाली चुनौतियों और व्यापार-बंदों का एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान करता है। इसके बाद, एनालॉग डिवाइसेस बक और बूस्ट प्रेशराइज़र उत्पाद लाइन के समाधान प्रस्तुत किए जाते हैं और वे इन चुनौतियों का समाधान कैसे करते हैं और डिज़ाइन को अनुकूलित करते हैं। मूल्यांकन किट और सॉफ्टवेयर पर प्रकाश डाला गया है जिनका उपयोग डिजाइनर प्रोटोटाइप और विकास को गति देने के लिए कर सकते हैं।

हाई-करंट स्टेप-डाउन-स्टेप-अप डिज़ाइन में एकीकृत ट्रेड-ऑफ़
चार-स्विच स्टेप-डाउन से स्टेप-अप कनवर्टर में, पावर स्टेज के लिए चार MOSFETs, एक पावर इंडक्टर और एक करंट सेंसिंग डिवाइस की आवश्यकता होती है। मॉड्यूल पैकेज और मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) के बीच इन घटकों को कैसे आवंटित किया जाए यह डिजाइनरों के लिए एक मुख्य वास्तुशिल्प निर्णय है।

पीसीबी पर इंडक्टर्स और डिटेक्शन रेसिस्टर्स का बाहरी प्लेसमेंट डिजाइनर को घटक चयन पर पूर्ण नियंत्रण देता है। प्रारंभ करनेवाला आकार, कोर सामग्री और संतृप्ति धारा का अनुप्रयोग से सटीक मिलान किया जा सकता है। हालाँकि, यह लचीलापन एक कीमत पर है: बाहरी घटक बोर्ड की जगह घेरते हैं, लेआउट को जटिल बनाते हैं, और वर्तमान पहचान पथ में शोर को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक वायरिंग की आवश्यकता होती है।

मॉड्यूल पैकेज में इंडक्टर्स और डिटेक्शन रेसिस्टर्स को एकीकृत करने से डिजाइन और लेआउट सरल हो जाता है, जिससे घटकों की संख्या और पीसीबी के पदचिह्न कम हो जाते हैं। हालाँकि, ट्रेड-ऑफ़ हैं: प्रारंभ करनेवाला पैकेज आकार द्वारा सीमित है, जो अधिकतम आउटपुट वर्तमान और थर्मल प्रदर्शन को सीमित कर सकता है।

इसके अलावा, डिटेक्शन रेसिस्टर को एक गैर-विनाशकारी करंट सेंसिंग स्कीम से बदला जा सकता है, जिससे डिटेक्शन रेसिस्टर पूरी तरह से खत्म हो जाता है। हालांकि इससे बिजली दक्षता में सुधार होता है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप स्टेप-डाउन-बूस्ट मॉड्यूल के लिए अधिक जटिल एकीकृत सर्किट (आईसी) डिजाइन तैयार होते हैं।

तीन मॉड्यूल श्रृंखला स्टेप-डाउन और स्टेप-अप एकीकरण चुनौतियों का सामना कैसे करती हैं
अपने व्यापक μ मॉड्यूल उत्पाद लाइन के हिस्से के रूप में, एनालॉग डिवाइसेस डीसी/डीसी मॉड्यूल की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है जो डिजाइनरों को इन एकीकरण रणनीतियों के बीच चयन करने में सक्षम बनाता है। यह पेपर चार-स्विच स्टेप-डाउन - बूस्ट मॉड्यूल (चित्रा 1) पर केंद्रित है: एलटीएम4607, एलटीएम4605 और एलटीएम4; एलटीएम8055, एलटीएम8056 और एलटीएम8054; और LTM4712. प्रत्येक इनपुट वोल्टेज और आउटपुट करंट रेंज के भीतर विभिन्न क्षेत्रों के लिए है।

चार-स्विच स्टेप-डाउन - स्टेप-अप μ मॉड्यूल ग्राफ़िक
चित्र 1: चार-स्विच स्टेप-डाउन - स्टेप-अप μ मॉड्यूल दिखाए गए हैं, जो अलग-अलग इनपुट वोल्टेज और आउटपुट धाराओं के लिए अलग-अलग तरीकों से बनाए गए हैं। छवि स्रोत: एनालॉग डिवाइसेस, केंटन विलिस्टन द्वारा संशोधित)

बाहरी प्रारंभकर्ता और डिटेक्शन अवरोधक के साथ डीसी/डीसी कनवर्टर
सर्किट बोर्ड के बाहर पावर इंडक्टर्स और करंट सेंस रेसिस्टर्स के साथ µ मॉड्यूल पैकेज में LTM4, LTM4605 और LTM4 इंटीग्रेटेड कंट्रोलर और MOSFETs (चित्रा 2)। यह संरचना डिजाइनरों को विशिष्ट अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए लचीले ढंग से प्रारंभ करनेवाला और प्रारंभ करनेवाला अवरोधक मानों का चयन करने की अनुमति देती है।

एनालॉग डिवाइस LTM4, LTM4605 और LTM4 का योजनाबद्ध आरेख
चित्र 2: LTM4607, LTM4605 और LTM4 की पैकेजिंग (बाएं) और बाहरी इंडक्टर्स और इंडक्शन रेसिस्टर्स के साथ संबंधित पावर लेवल योजनाबद्ध (दाएं)। चित्र स्रोत: एनालॉग डिवाइस)

LTM4, LTM4605 और LTM4pin संगत 15 मिमी x 15 मिमी x 2.82 मिमी एलजीए पैकेज। LTM4605 को 4.5 V से 20 V की इनपुट वोल्टेज रेंज और 12 A (कम वोल्टेज मोड) के आउटपुट करंट के साथ कम वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। LTM4607 और LTM4 इनपुट रेंज को 10 A (कम वोल्टेज मोड) से 36 V तक बढ़ाते हैं, LTM4 के साथ सबसे व्यापक आउटपुट वोल्टेज रेंज 0.8 V से 34 V तक है।

एकीकृत प्रारंभ करनेवाला और पहचान अवरोधक के साथ डीसी/डीसी कनवर्टर
एलटीएम8055, एलटीएम8056, और एलटीएम8054 (चित्र 3) पीसीबी पर बाहरी घटकों की संख्या को कम करके डिजाइन और लेआउट को सरल बनाने के लिए पावर इंडक्टर्स और करंट सेंस रेसिस्टर्स को μ मॉड्यूल पैकेज में एकीकृत करते हैं।

एनालॉग डिवाइस LTM8055, LTM8054 और LTM8056 का योजनाबद्ध आरेख
चित्र 3 LTM8055, LTM8054 और LTM8056 उपकरणों के मॉड्यूल (बाएं) को दिखाता है और एकीकृत प्रारंभ करनेवाला और पहचान अवरोधक के योजनाबद्ध लेआउट (दाएं) पर प्रकाश डालता है। चित्र स्रोत: एनालॉग डिवाइस)

इस पेपर में चर्चा की गई तीन अलग-अलग श्रृंखलाओं में से, इस श्रृंखला में सबसे कम आउटपुट करंट है: LTM8054 के लिए 5.4 A, LTM8056 के लिए 5.5 A, और LTM8055 के लिए 8.5 A (सभी मान स्टेप-डाउन मोड में)। LTM8056 की इनपुट रेंज 5 V से 60 V है, जो यहां चर्चा किए गए उपकरणों में सबसे व्यापक है, और इसका अधिकतम आउटपुट वोल्टेज 48 V है। LTM8054 सबसे कॉम्पैक्ट, 15 मिमी x 11.25 मिमी पदचिह्न और जगह-बाधित डिजाइनों के लिए 3.42 मिमी ऊंचाई है। LTM8055 और LTM8056 15 मिमी x 15 मिमी x 4.92 मिमी में समाहित हैं।

एकीकृत प्रारंभ करनेवाला और गैर-विनाशकारी वर्तमान पहचान के साथ डीसी/डीसी कनवर्टर
LTM4712 (चित्र 4) विभिन्न वर्तमान पहचान विधियों का उपयोग करता है। अलग-अलग निरीक्षण प्रतिरोधों का उपयोग करने के बजाय, यह मॉड्यूल में एकीकृत एक मालिकाना एनडीआई समाधान का उपयोग करता है। यह समर्पित डिटेक्शन रेसिस्टर से जुड़ी बिजली हानि को समाप्त करता है।