tag 标签: 开关稳压器

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    2014-10-12 12:52
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    现在市面上可以看到很多0V~30V或60V可调直流输出范围的电源,但高于60V的电源则很少。本设计实例可提供这样一个解决方案。 现在有很多固定电压开关模式电源(SMPS),将几个这样的电源串联起来还可实现更高的固定电压。为了从SMPS或基于传统变压器的电源获得可调输出,需要用到线性调节器或开关模式降压转换器。对于降压转换器,可使用MOSFET或IGBT作为开关元件。 通常,高侧开关会使用自举IC或脉冲变压器。市场上很少有驱动MOSFET的光电耦合器。由于它们无法提供足够的电流来对栅极电容快速充电,这些光电耦合器主要用于驱动低频MOSFET开关,例如固态继电器。 这里尝试在开关稳压器中使用了光电耦合器(VOM1271),该耦合器具有一个内置的快速关断器件。如果将200pF栅极电容连接至IC2,则开关时间(t on 与t off )分别为53μs和24μs。有鉴于此,降压转换器选择了2kHz的开关频率。此处选用了德州仪器(TI)的TL494(IC1)作为脉冲调制控制器。 考虑到栅极阈值电压(V GS(th) )、总栅极电荷(Q g )、漏源电压(V DS )及漏极电流(I D )等因素,本例使用了AOT7S60 MOSFET作为开关元件。由于VOM1271能够提供约8.4V的电压,V GS(th) 应远低于该值;Q1的V GS(th) 为3.9V,当电压为8.4V时,可实现良好的导通性能。IC2无法提供更多电流(通常为45μA)。为确保开关速度并降低开关损耗,栅极电荷应保持低值。MOSFET的Q g 为8.2nC。 在根据图1所示进行整流和滤波后,采用降压线路变压器输出测试降压转换器。输出电压通过可变电阻器R1在5V~70V范围内连续可调。 图1:高压降压转换器原理图 (点击查看大图) 图2:给出了70V输出及230Ω负载下的栅源电压波形及IC1输出波形。 图2 给出了70V输出及230Ω负载下的栅源电压波形及IC1输出波形。 可以看到,尽管t off 足够快,但t on 仍约为80μs。对于许多开关应用来说,这个开启过程是较慢的。若将开关频率设置为2kHz,应该不会导致太多开关损耗,对于PWM占空比较大的负载条件来说更是如此。 尽管L 1 的值小于输入电压范围的计算值, 但当负载为80Ω~230Ω时,纹波可达80mV~120mV P-P 。当输出电压为70V且负载为230Ω时,纹波为80mV P-P 。相同工作条件下,电压调整率为0.75%。尽管效率随工作条件而变化,但在V OUT =70V及I OUT =0.3A时,测得的效率为92%。随着输出电流的减小,效率也会降低。 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载
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    2014-6-12 22:34
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     开关模式电源用于将一个电压转换为另一个电压。这种电源的效率通常很高,因此,在许多应用中,它取代了线性稳压器。   开关频率与开关转换   开关模式电源以一定的开关频率工作。开关频率既可以是固定的(例如在PWM型控制中),也可以根据某些因素而变化(例如在PFM或迟滞型控制中)。无论何种情况,开关模式电源的工作原理,都在于它有一定的开启时间Ton和一定的关闭时间Toff.图1显示了一个50%占空比的典型开关周期。这意味着,在完整周期T的50%时间里,转换器中有某一电流;在另外50%时间里,转换器中有不同的电流。  当我们考虑系统噪声时,实际的开关频率(换言之,周期长度T)并不是很重要。如果它在系统的敏感信号频率范围内,开关频率或其谐波可能会影响系统。但一般而言,开关频率并不是影响系统的最大因素。   在开关模式电源中,真正重要的是开关转换的速度。在图1的下半部分,我们可以看到开关转换在时间标度上的放大图。在周期T为2us的时间标度上,对于500kHz PWM开关频率,转换看起来像是一条垂直线,如图1的上半部分所示。但放大后,如图1的下半部分所示,我们可以看到,开关转换通常需要30到90ns的时间。   为什么良好的PCB布局布线非常重要?   每2.5cm PCB走线具有大约20nH的走线电感。确切的电感值取决于走线的厚度、宽度和几何形状,但根据经验,一般取20nH/2.5cm切实可行。假设一个降压稳压器提供5A的输出电流,我们将会看到电流从0A切换到5A.当开关电流很大且开关转换时间很短时,我们可以利用下面的公式,计算微小的走线电感会产生多大的电压偏移:   由此可见,仅仅2.5cm的走线电感就能产生相当大的电压偏移。这种偏移甚至常常导致开关模式电源完全失效。将输入电容放在离开关稳压器输入引脚几厘米的地方,通常就会导致开关电源不能工作。在布局布线不当的电路板上,如果开关电源仍能工作,它将产生非常大的电磁干扰(EMI)。   在上面的公式中,我们唯一能改变的参数是走线电感。我们可以使走线尽可能短,从而降低走线电感。较厚的铜线也有助于降低电感。由于负载所需的功率固定,因此我们无法改变电流参数。对于转换时间而言,我们可以改变,但一般不想改变。减慢转换时间可以降低产生的电压偏移,从而降低EMI,但是开关损耗却会提高,我们将不得不以较低的开关频率并利用昂贵而庞大的电源器件工作。   找到交流电流走线   在开关模式电源的PCB布局布线中,最重要的准则是以某种方式使交流走线尽可能短。如果能认真遵守这一准则,良好的电路板布局布线可以说已经成功了80%.为了找到这些在很短的时间(转换时间)内将电流从"满电流"变为"无电流"的交流走线,我们将原理图绘制了三次。如图2所示,它是一个简单的降压型开关模式电源。在顶部的原理图中,我们用虚线画出了开启时间内电流的流动。在中间的原理图中,我们用虚线画出了关闭时间内电流的流动。底部的原理图特别值得注意。这里,我们画出了电流从开启时间变为关闭时间的所有走线。   图2底部原理图中的这些走线是交流走线,必须使其尽可能短,以降低寄生电感。 通过这种方法,我们可以轻松找到任何开关模式电源拓扑结构的交流电流走线。   在评估现有的电路板布局布线时,一个好的办法是将其打印在纸上,并放上一张透明的塑料板,然后用不同颜色的笔,画出开启时间和关闭时间内的电流流向及相应的交流走线。虽然我们倾向于认为,能够在头脑中完成这一相对简单的工作,但在思维过程中,我们常常会犯一些小错误,因此,强烈建议在纸上绘出走线。 《电子设计技术》网站版权所有,谢绝转载   实现良好的PCB布局布线   图2显示了降压稳压器的交流走线。必须注意,某些接地走线也是交流走线,同样需要保持尽可能短。此外,对于这些交流电流路径,建议不要使用任何过孔,因为过孔的电感也相当高。对于这一规则,仅有非常少的例外情况。如果交流路径不使用过孔,将实际导致比过孔本身更大的走线电感,那么建议使用过孔。多个过孔并联优于仅使用单个过孔。   图3所示为采用ADI公司ADP2300降压稳压器的电路板的布局布线示例。我们检查一下,图中的交流走线是否是按绝对最短的路径布设。图2用字母A、B、C表示了交流电流连接。  图3中的连接A是按照尽可能短的路径布设,因为C2的高侧连接能够以最短的走线连接到开关MOSFET(ADP2300的引脚5,即Vin引脚)。   连接B是引脚6(SW引脚)与二极管D1的阴极侧之间的走线。在图3中,我们同样看到该走线尽可能短,以降低走线电感。   连接C是二极管D1的阳极与C2的接地连接之间的走线。这两个器件的焊盘彼此相邻,具有最低的走线电感。此外,这也有利于该交流电流不经过安静的接地层。接地层应仅用作基准电压,最好没有电流(特别是没有交流电流)流过接地层。C2旁边的过孔将PCB顶层的接地区域连接到底层的地,但没有交流电流流经这些过孔。   电感的特殊考虑   在EMI方面,我们也必须考虑电感。实际器件并不像许多人认为的那样对称。电感有一个磁芯,磁芯周围绕着电线。绕组总有一个起始端和一个结束端。起始端连接到电感的内绕组,结束端从电感的外绕组接出。图4所示为典型的鼓式电感的示意图。绕组的起始端通常在器件上标有一个圆点。将起始端连接到高噪声开关节点,将结束端连接到安静的电压非常重要。对于降压稳压器,安静的电压就是输出电压。这样,外绕组上的固定电压,可以在电气上屏蔽内绕组上的交流开关节点电压,从而电源的EMI将会较低。 图4:电感的绕组起始端和结束端  顺便提一下,所谓的屏蔽电感也是如此。具有一定磁导率的屏蔽电感的外部,确实使用了某种屏蔽材料,该材料会收紧封装侧的大部分磁力线。然而,这种材料只能抑制磁场,而不能抑制电场。外绕组上的交流电压主要是电气或容性耦合引起的问题,屏蔽电感的屏蔽材料没有抑制此类耦合。因此,屏蔽电感也应放在电路板上,以便将高噪声开关节点连接到绕组起始端,从而将EMI降到最低。   开关模式电源良好电路板布局布线的基础   工程课程一般不会教授如何实现良好的电路板布局布线。高频RF类课程会研究走线阻抗的重要性,但需要自行构建系统电源的工程师,通常不会将电源视为高频系统,而忽视了电路板布局布线的重要性。电路板布局布线不当引起的大多数问题,都可以归结为未控制交流电流走线尽可能短并且紧凑。了解本文所述电路板布局布线准则背后的理由并严格遵守,将能够把开关模式电源的任何PCB相关问题降到最小。 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载
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    2014-4-8 09:39
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      RECOM 新发布一款直接替换TI Power Trends开关稳压器PT78ST100,78SR100系列SMD封装的产品 ---- R78T 系列。 现在不论是插件式封装还是SMD封装, RECOM都有产品可以直接替换(TI已经宣布从2013年底开始,停止生产其Power Trends开关稳压器(PT78ST100,78SR100系列等)。RECOM R-78T系列:一个新开发的,1:1兼容的SMD产品系列。对于仍在使用Power Trends开关稳压器的客户来说,无需再重新设计PCB,这既方便又能避免花高成本重新设计。 小型、超薄"开放式"封装的模块主要基于完善的R78系列。由于高达95%的效率和7V~42V的宽输入电压范围,它们成为了便携式或电池供电应用的理想省空间方案。 新的R-78T系列有3.3V/1A,5V/1A或12V/1A的三种稳压型输出电压可供选择,并且可承受高达1.5A/10s的峰值电流。由于其高效率,这款模块不需要风扇或散热片。它们可以在温度为-40°C至+85°C的环境下可靠地运作,无需降额。  23 x 27.2 x 10mm 或 23 x 29.4 x 8mm的小尺寸模块可以与其他78系列的SMD开关稳压器和SMD TO-220线性稳压器的引脚相兼容。他们为全自动装配提供 "管装卷装"和"基板"三种可选封装,且专为回流焊接工艺设计。这款模块提供3年质量保证。
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    2014-4-8 09:34
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      RECOM凭借7款低价版本的DC/DC转换器——E系列——成功拓展了其产品系列。这些转换器是在我们的产品组合中最受欢迎的低价版本。它能够在保持同等质量水平的基础上,通过优化设计,简化制造工艺,利用RECOM自身的高效SMT生产线大批量生产,减少了一半的价格。   新的E系列包括七款转换器:R1SE-0505(1W不稳压型、贴片封装),REE-0505S RBE-0505S(1 W不稳压型、SIP7封装、不同的引脚输出),ROE-0505S(1 W不稳压型、SIP4封装),RKE-0505S/ H(1W不稳压型、SIP7封装、3.75kVDC隔离),R-78E5.0(500mA开关稳压器、SIP3封装)以及ROF-78E5.0(500mA开关稳压器,开放式贴片构造)。 1W的隔离转换器拥有5V的输入/输出,在环境温度范围为-40℃至+85℃时效率高达75%。这种转换器通常用于通讯接口或总线系统,同时,为了兼容插入式,RECOM提供五种不同的封装以及引脚输出。尽管E系列的1W转换器价格低,但他们完全通过了UL60950认证,为最终应用降低了成本,减少了认证时间。 R-78E和ROF-78E系列拥有一个开关稳压器的所有优点(高效率,宽输入电压范围以及精准的输出电压调节率),同时价格低廉。这些开关稳压器不需要外部元件,并且由于92%的高效率,连散热片也是多余的。 尽管成本低,但在质量上RECOM没有妥协。同时,所有新的E系列转换器都拥有RECOM的一贯完整的3年质量保证。
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    2013-12-26 21:43
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        数字电源 具有高性能和高可靠性的特点,其设计非常灵活。随著IC厂商不断推出新型号、性能更好的数字电源IC产品以及用户对数字电源认识的深入,数字电源的应用将会得到普及。     近年来,许多相关的因素导致对数字 电源管理 的需求急剧上升。许多板卡设计人员已经转向开发中间总线电源结构,通过使用多个单板DC/DC转换器来产生不同矽器件所需要的多样化的电源要求。这导致一个很明显的结果就是在产品的设计、生产测试及日常使用的过程中,配置、控制及监控这些电源将变得更加的复杂。光是控制上电/下电时序就需要专门的可编程集成电路及大量的额外部件,更别说用于灵活的系统级控制和诊断所需要的配置或实时反馈设施。     目前许多高性能的DC/DC转换器仍是通过简单的无源元件产生的模拟信号来进行设置和控制。即使具有最先进电源转换拓扑结构的高性能转换器,也有可能需要使用外部调节电阻和电容来确定诸如?动时间、输出点值及开关频率等参数。当然,这些参数没有一个是可以在匆忙中更改的,因此自适应的电源管理方案就不可能实现。     除了一些专门用于 微处理器 (其以VID代码的形式为输出电压控制提供有限的数字编程性)的转换器之外,市场上大多数砖形转换器、中间总线转换器及负载点(Point of load, POL)转换器仍然是采用模拟控制的。对数字控制需求最为迫切的是非隔离负载点转换器,因为这些转换器广泛用于板卡上并为器件提供最终电压。然而,这个需求也适合于隔离转换器,因此,毫无疑问,设计者们希望能够很快得到其他的数字可编程电源。     一、数字电源的定义     数字电源或数字控制电源有几种不同的含义。     最简单的定义是通过数字接口控制 开关稳压器 ,这可能包括通过I2C或类似的数字总线控制输出电压、开关频率或多通道电源的排序,?动、裕度控制、加电和断电排序等等都可以通过一个或多个数字信号控制。实际上,目前市场上的很多电源管理集成电路都以这种方式工作∶通过数字接口控制模拟开关稳压器。     第二个是给前面定义加上所谓的数字遥测。在这种情况下,提供额外的控制功能以监视开关电源的状态,如温度、输出电流、输入电流、输入电压、输出电压等,并根据需求或周期性地向主机报告。ID标记、故障状态信息甚至时间标记事件等其他信息也可以存储在片上非易失性存储器中,并在将来某个时间报告这些信息,具有大量数字集成电路的高端系统是这类数字电源的目标市场,而较低成本的消费类产品可能不需要这样的信息。     第三个也是最野心勃勃的数字电源含义是,用数字电路彻底取代开关稳压器中的所有模拟电路。据说这样将使开关稳压器更容易设计、配置、稳定、调节和销售。更进一步的理由是,通过编写几行简单的代码,一个核心数字电源集成电路就可以配置成升压稳压器、降压稳压器、负输出、SEPIC、反激式或正激式转换器。正是数字电源的这个含义最难以理解,因为从根本上来说,电源是模拟的。甚至用ADC和DSP取代误差放大器和脉冲宽度调制器的数字开关稳压器也仍然需要电压基准、电流检测电路和开关或FET驱动器。此外,电感器或变压器和电容器在实现数字电源时也是不能没有的。     二、数字电源与模拟电源的区别     数字电源与模拟电源的区别主要集中在控制与通信部分。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现,而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。     此外,在复杂的多系统业务中,相对模拟电源,数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用,其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数,优化电源系统。通过实时过电流保护与管理,它还可以减少外围器件的数量。     数字电源有用DSP控制的,还有用MCU控制的。相对来讲,DSP控制的电源采用数字滤波方式,较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。     数字电源有什麽好处它首先是可编程的,比如通讯、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现。另外,数字电源具有高性能和高可靠性,非常灵活。     nbsp;  三、 数字电源 的发展     数字电源是一种新技术,现阶段其发展受到人们对它的一些误解而比较难推广∶     1、数字电源成本高得吓人     过去,一说到“数字”,人们就认为成本高于传统的模拟解决方案──较之数字解决方案具有的其他优点,譬如尺寸缩小、具有灵活性与适应性、可测试性增强、诊断功能及扩展功能,成本高是一大负面因素。不过与使用所占空间较大的专有技术制造的模拟反馈回路相比,利用市场上现有的CMOS技术实现数字反馈回路所需成本较少。另外,采用真正数字电源的解决方案整体成本比其他现有方案低得多。     2、数字电源复杂得多     人们有一种观点,认为电源设计人员天生就是模拟技术设计人员,因而不想处理编程带来的复杂性。数字 电源管理 的支持者提出,我们不但对力求创新的设计人员 (他们并没有受到兴起的数字电源的威胁)没有给予足够重视,而且实际上,编程并不是意味著编写代码,其实只是处理向导程序驱动的 图形用户界面(GUI),以获得各种系统级优点 ,其中包括∶        (1)通过实时遥测技术简化了系统级温度管理;      (2)通过实时遥测技术提高了在故障出现前事先预测的可靠性;      (3)通过在最终模块或者主板测试阶段完全自动化的检查和可变电阻器微调等功能提高可制造性。      实际上,数字电源迟迟得不到接受是因为顾客认为数字技术未得到证明、技术复杂及成本高昂。这不足为奇,因为业界在70年代末遇到了相似的情况∶当时电源从线性改为开关式,而最初开关式也被认为价格昂贵、不可靠(输出噪音大)。不过,一旦顾客认识到开关式电源所具有的优点(性能更高、尺寸更小),并且学会了如何实施新的开关式电源技术,线性电源很快就被淘汰了。几年後,随著顾客熟悉其具有的优点、市场上出现更多的提供商和解决方案、看到无需额外成本就能带来的比模拟解决方案更好的效果,数字技术会出现类似的转型。     从目前情况看iWatt、TI德州仪器、凌特公司(Linear Technology)等大公司纷纷推出自己的数字电源IC,这表面业界对数字电源的前景是看好的。据iSuppli和雷曼兄弟公司的报告表明,整个数字电源市场将在2006年实现创收1.68亿美元左右,并且很快会成为电源市场非常重要的一部分;业界估计年复合增长率(CAGR)在今後几年将超过 100%。     四、数字电源IC     目前,比较领先的数字电源IC开发商有德州仪器、凌特公司(Linear Technology)、Integrated Power等大公司。下面以德州仪器的UCD7K、UCD8K和UCD9K系列数字电源IC为例,介绍数字电源IC的主要特点。     1、UCD7K数字电源驱动器     德州仪器的UCD7000系列IC主要应用于数字电源或者需要快速局部电流限制保护的场合,兼容标准3.3V DSP微控制器I/O端口。UCD7201是该系列其中之一,其功能框图如图1。 图1、德州仪器数字电源IC UCD7201结构框图     UCD7201 可与UCD9110、UCD9501等数字电源控制器进行双端拓扑连接。可编程门限,具备可由主控制器监视的数字输出电流限制标志。高阻抗数字输入端,可以输入频率高达2MHz的3.3V逻辑电平信号,引脚内部有施密特比较器防止外部噪声干扰。有电流限制标志引脚。电流限制门限设置端口,可将门限设置的 0.25V到1.0V之间的任意值当其开路时门限缺省值为0.5V。以上端口的引脚配置位置根据元件封装不同而有所变化。该IC内部还可以向控制器提供电源。UCD7201典型应用电路如图2。 图2、UCD7201典型应用(推挽转换器)     2、UCD8K系列数字电源控制器     UCD8620是一种数字控制推挽式模拟PWM控制器,为UCD8K系列产品之一,其内部结构图如图3。UCD8620的主要特点包括∶采用电压模式或峰值电流模式控制,可以提供灵活的控制方法;采用带标记的可编程过流限制,可以提供故障保护以及灵活的过载保护;可接受来自数字控制器的时钟输入,其数字控制式开关频率具有最大占空比;带有110V高压?动电路,可以直接采用48V的简化?动;以及通过片上3.3V、10mA线性稳压器为数字控制器供电等。图4和图5是分别是它在电信半桥式输入转换器和电信推挽式输入转换器方面的典型应用。  图3、UCD8620内部结构图 图4、UCD8620典型应用∶电信半桥式输入转换器 图5、UCD8620典型应用∶电信推挽式输入转换器     3、UCD9K高分辨率数字控制器      UCD9501是UCD9K系列高分辨率数字控制器的第一个产品,它包含一个100MHz、32位哈佛结构DSP核,一个时钟和定时控制模块,一个12 位、6.25MS/s采样速率的ADC;外部数字I/O,包括PWM输出和存储器。UCD9501内部结构见图6。图7是基于UCD9501或F2801 DSP的 数字电源 参考设计。 图6、UCD9501内部结构 图7、AC/DC整 流器参考设计     五、结语     随著IC厂商不断推出新型号、性能更好的数字电源IC产品以及用户对数字电源认识的深入,数字电源将会得到普及,设计方法灵活可靠度高的数字电源产品将会给人们的生活带来方便。 
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    随着人们对能量效率要求的提高,越来越多产品在设计时开始采用开关稳压器,但伴随的是电磁干扰的影响也在加剧。LTC6909具有8个单独多相输出的精准扩频硅振荡器,确保调制速率不超过稳压器的带宽,还具有一个迎新的滤波器,负责跟踪SSFM调制速率并在频率转换之间提供平滑处理。……
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    时间: 2019-12-27 21:22
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    如何在不使最终产品发生过热的情况下最在限度地获取电源的可用功率,LT3506和LT3506A就是具备这种能力的产品。它们免除了增设外部电源开关的需要,因而缩减了解决方案的外形尺寸和物料成本。……
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    时间: 2019-12-28 19:15
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    LTC1929/1929-PG是电流模式直流-直流控制器(DC/DC),用来驱动两个不同相位的同步降压式开关稳压器,能够减少输入和输出电容器的数量而不提高开关频率,从而加快了负载瞬态响应。==!"#$%&'(=PolyPhase!J!"!234WeiChen!LTC1929/LTC1929-PG!"#J!1!"12V3.3V30A!!"#$%&'()*'+,-./01-!"#1!"#6SO-8!"#$%&'()*+),-./012MOSFET21H……
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    时间: 2019-12-28 19:17
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    当今的电子系统需要多个稳定电压,即使相对简单子系统至少也需要两个电源(如1.8V/3.3V,或3.3V/5V)。除了电源组合要求外,还需解决电子产品封装密度不断增加的挑战。本文以LT1940为例,提供了小体积、高效率、低噪声的一种开关稳压器EMI解决方案。==!"#$"%&'(1.4A!"#$EMI……
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    时间: 2019-12-28 20:40
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    SupIRBuck集成DC-DC开关稳压器……
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