不斷創(chuàng)新的營銷藝術是一種強大工具，可幫助公司凸顯自己相對行業(yè)競爭對手的差異與優(yōu)勢。 問題在于，這些所謂的優(yōu)勢會在您的特定應用中發(fā)揮作用嗎？ 相關產(chǎn)品更小、更快、更強真的那么重要嗎？ 事實證明，就像生活中的大多數(shù)事情一樣，得“看情況”。

本文將嘗試超越典型營銷范式，專心探索負載點 (POL) DC/DC 轉換器性能的一些關鍵差別，以及它們與您特定系統(tǒng)設計的關系。 具體而言，我們將著眼于能效、輸出電容、補償方案和冷卻要求。

峰值能效與實際負載條件下的能效

功率轉換器的能效通常用小寫的希臘字母 eta (η) 表示，并表示為傳輸至輸出的功率與輸入所消耗的功率之比（η = Pout/Pin）。 任何轉換器的理想比率或能效均為 1。 這表示，進入轉換器的功率將 100% 以零損耗的方式輸送至負載。 但是，在實際應用中，將能量從一種形式轉換成另一種形式始終存在一定的損失/低效率，因而將 η 從 1 拉低至 1 以下。

營銷團隊知道 100% 能效是理想情況，便經(jīng)常吹噓他們可以達到的最高轉換效率，以試圖脫穎而出，成為您應用的“最佳”選擇。 這常常也被稱作“峰值能效”。 難點在于，能效不只是一個數(shù)字，而是一個通常表示為輸出電流/傳輸?shù)截撦d的功率的多元函數(shù)。 為了說明輸出負載對能效的影響，以下是一個負載點能效曲線的假設示例：

圖 1：典型能效曲線圖示。

在此假設示例中，能效曲線的峰值在輸出負載為滿負載的 50% 時出現(xiàn)。 較輕負載時的能效要低得多；在負載超過峰值時，效率逐漸降低。 在設計功率輸送系統(tǒng)時，必須理解這些曲線，因為在任何高于或低于峰值能效點的負載下操作都會導致系統(tǒng)中出現(xiàn)功率浪費和多余的熱量。 以下圖示顯示，盡管負載點 B 具有較高的峰值能效，但因負載所需的功耗，就能效而言，負載點 A 才是此應用的首選。

圖 2： 能效曲線與應用負載條件對比。

實現(xiàn)目標紋波/瞬態(tài)性能所需的輸出電容

負載點轉換器的另一個相關指標是，實現(xiàn)目標紋波和瞬態(tài)性能需要增加的系統(tǒng)級電容。 有關外部電容器數(shù)量和類型的理論詳情不在本文的探討范圍，但應注意，并非所有負載點模塊在性能方面都相同（即便規(guī)格書上顯示相似的數(shù)字）。 表面上，不同的負載點似乎具有類似的紋波和瞬態(tài)性能，但如果您更深入地探究測試條件，通常會發(fā)現(xiàn)很大的差別，這些差別可能會影響功率傳輸解決方案的總體成本和尺寸。

以下是兩個負載點模塊競爭產(chǎn)品的對比。 從規(guī)格書宣傳的規(guī)格要點數(shù)字來看，這兩個潛在的解決方案在紋波和噪聲性能方面看起來幾乎相同。

負載點 A負載點 B額定電流60 A40 AΔ VOUT10 mV10 mVΔ IOUT30 A20 A陶瓷電容器3x10 μF = 30 μF4x47 μF = 188 μF聚合物電容器9x330 μF = 2970 μF27x330 μF = 8910 μF總電容~3000 μF~9000 μF

圖 3：兩個負載點輸出電容對比。

但是如果仔細分析一下，我們會發(fā)現(xiàn)，其中一個模塊（負載點 B）需要的外部電容是另一個的 3 倍，這樣才能實現(xiàn)與另一個模塊相同的電壓偏差性能。 這會增加大量成本并浪費板空間。

幸運的是，現(xiàn)在出現(xiàn)了更先進的全數(shù)字負載點模塊，同尺寸總體解決方案的紋波/瞬態(tài)性能大大超越了傳統(tǒng)的模擬模塊。

CUI NDM3Z-90 系列是此類解決方案的一個典范，它能為負載提供高達 90 安培的電流，具有出色的紋波/瞬態(tài)性能，且通常需要的輸出電容大為減少。

圖 4：CUI 的 NDM3Z-90 數(shù)字負載點系列。

補償方案

負載點模塊提供穩(wěn)定的調(diào)節(jié)輸出，以嘗試為其負載生成潔凈的電壓軌。 這意味著，負載點本身包含一個負反饋回路，因此每當與理想輸出之間發(fā)生偏差時，負載點的反饋網(wǎng)絡都會補償并嘗試使輸出恢復到理想的調(diào)節(jié)狀態(tài)。

市場上有許多存在細微差別的不同補償方案，但在下文，我們將探討普通模擬和數(shù)字補償方案的總體優(yōu)勢和不足。

模擬補償： 在模擬補償網(wǎng)絡中，將會檢測、過濾模塊的輸出并與基準電壓進行比較，以生成誤差信號。 此誤差信號用于補償輸出并糾正可能出現(xiàn)的任何偏差。

圖 5：典型模擬開關穩(wěn)壓器原理圖。

模擬補償方案的優(yōu)勢是，出現(xiàn)的時間較早，并且可以使用現(xiàn)成的標準組件來實現(xiàn)。 此類模擬方案的缺點是，很難在所有工作條件下“將回路微調(diào)”到穩(wěn)定狀態(tài)，同時維持實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應的寬帶寬。 這通常需要在實驗室進行數(shù)小時的焊接、測試、重新焊接、重新測試操作。模擬補償方案還很容易拾取外部噪聲，而且稍不留意就有可能被耦合到輸出中。

盡管模擬補償方案及其許多改型方案在很長一段時間里一直作為標準方案使用，但在過去的十年左右，市場中不斷出現(xiàn)具有一些顯著優(yōu)勢的新型數(shù)字補償方案。

數(shù)字補償：與模擬方案類似，數(shù)字補償實現(xiàn)也需要檢測、過濾輸出，并將其與基準比較，產(chǎn)生誤差并最終補償輸出，以糾正可能出現(xiàn)的任何偏差。

圖 6：典型數(shù)字式開關穩(wěn)壓器原理圖。

此類方案的主要區(qū)別在于，所有操作都是通過數(shù)字化的 1 和 0 來完成。 輸出的“檢測”使用模數(shù)轉換器完成，之后的所有比較、誤差生成和補償均通過數(shù)字方式在集成電路 (IC) 中完成。 數(shù)字工作方式還能大幅提升噪聲抑制，這有助于防止因疏忽導致外部噪聲源被耦合到輸出中。

利用數(shù)字補償方案，您不必再在實驗室花數(shù)小時來焊接用于調(diào)整反饋回路的不同組件。 相反，您只需修改 IC 內(nèi)的一些數(shù)字參數(shù)，并更改負載點的行為，便可滿足您的應用需求。 目前市場上更先進的數(shù)字負載點將此便利性又推進了一大步，推出“無補償”式設計。 在這些設計中，負載點在系統(tǒng)內(nèi)為您執(zhí)行所有必要的測量和調(diào)節(jié)，以持續(xù)提供反應快速且穩(wěn)定可靠的輸出電壓軌。

冷卻要求

負載點模塊的最大制約因素之一是熱耗散。 低能效模塊設計會導致多余的內(nèi)部發(fā)熱，進而造成關鍵組件（例如 FET、電感器、電容器等）達到其最高額定工作溫度。 操作時如果達到或高于這些元件的熱限制，可能會降低可靠性并導致硬件故障。

為了應對內(nèi)部發(fā)熱的破壞性影響，負載點廠商通常推薦使用少量氣流從模塊吸走熱量。 這可以防止熱量在組件內(nèi)聚集并導致溫度超過其額定限制。 利用氣流去除模塊中的熱量通?？稍黾觽鬏?shù)截撦d的功率，還可擴大環(huán)境工作溫度范圍。 以下圖示顯示了負載點模塊在不同氣流環(huán)境（從自然對流即靜止空氣到 3 m/s）中的能力：

圖 7：不同氣流條件下典型降額曲線圖示。

我們看到，在自然對流（即靜止空氣）條件下（表示為圖 7 中最下面的實線），此模塊可向高達 60°C 的負載輸送 43 A 電流。 僅僅增加 2 m/s 的氣流便可將載流量和環(huán)境工作溫度范圍分別增加至 50 A 滿額和 64°C（表示為圖 7 中的點劃線）。 不過，強制氣流冷卻也有其缺點：耗電，這可能抵消能效提升并產(chǎn)生不可接受的噪聲級。 當選擇負載點時，設計師必須仔細權衡電源模塊的熱要求與其系統(tǒng)的冷卻能力。

結論

每種應用各不相同，性能指標偏重也不盡相同。 對于某些設計而言，快速瞬態(tài)響應可能是最重要的考慮因素。 其它設計則可能需要最小的尺寸、最高的能效或最寬的工作溫度范圍。 不論營銷團隊講得多么動聽，能夠同時滿足每種應用的上述所有要求的負載點并不存在。 最重要的是，必須首先了解您的應用在其特定操作條件下的需求。 然后才能比較并為您的設計選擇最佳的負載點。