DC-DC升压稳压器外围元器件的选择与优化

在便携和可穿戴设备等电池供电的低电压应用中,常有一些功能需要较高的电压才能工作,例如射频收发器、精密模拟电路、白光LED背光驱动、雪崩光电二极管(APD)的偏置电路等。这就需要采用DC-DC升压转换器来向上转换到所需的电压,让设备既节能又高效的工作。

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为满足低压应用中的某些特定的较高电压需求,升压DC-DC稳压器将低输入电压转换为高输出电压,典型电路组成包括:电感器、功率MOSFET、整流二极管、控制IC、输入和输出电容器。

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图 1:基本升压稳压器配置

常见的改进型配置一般使用两个MOSFET,第二个MOSFET替换整流二极管,在电源开关关闭时打开。MOSFET具有较低的电压降,这大幅减少了功耗,同时提高了稳压器的效率。

此外,有些稳压器还带有保护功能,针对超温、输出短路、开路负载条件和输入过流等情况提供保护。

外围元器件选择

转换效率是衡量DC-DC升压电路的重要指标,而造成功耗损失的主要是电感的寄生串联电阻(ESR)、肖特基二极管的正向导通压降、功率管的导通电阻以及开关损耗这四个方面。当然,芯片本身也有静态功耗,这在低负载情况下会影响转换效率,因此要求芯片内部的功率管导通电阻也需非常小。同时,芯片内部要设计合适的驱动电路,保证功率管开关沿很陡,以减小开关时的功耗。

电感和肖特基二极管选择的不同会影响转换效率,电容和电感选择的不同会影响输出的纹波。选择合适的电感、电容、肖特基二极管,可以获得高转换效率、低纹波、低噪声。

1、电感选择

电感器是升压转换器的一个关键元件:能在电源开关接通期间存储能量,并在关断期间将存储的能量通过输出整流二极管传输至输出。

设计人员必须在低电感器电流纹波与高效率之间达到平衡。对于给定的物理尺寸,电感较低的电感器会拥有较高的饱和电流和较低的串联电阻,但较低电感会导致更高的峰值电流,进而使能效降低,纹波增大和噪声提高。

电感器的电感值与最小电感值Lmin、电流纹波等有关。计算具体电感值时,须留意占空比(D)参数,具体大小为:D = (Vout-Vin)/Vout。

第一,要保证使DC-DC升压能够在连续电流模式下正常工作所需要的最小电感值Lmin。

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该公式是在连续电流模式下,忽略其他诸如寄生电阻、二极管的导通压降的情况下导出的,实际的值还要大一些。如果电感取值小于Lmin,电感可能会发生磁性饱和,造成DC-DC电路的效率大大下降,甚至不能正常输出稳定电压。

第二,考虑到通过电感的电流纹波问题,同样在连续电流模式下忽略寄生参数,

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当L过小时,会造成电感上的电流纹波过大,造成通过电感、肖特基二极管和芯片中的功率管的最大电流过大。由于功率管并不是理想的,所以在特别大的电流时功率管上的功率损耗会加大,导致整个DC-DC电路的转换效率降低。

第三,一般来说,不考虑效率问题时,小电感可以带动的负载能力强于大电感。但是由于在相同负载条件下,大电感的电流纹波和最大电流值小,所以大电感可以使得电路在更低的输入电压下启动(以上均是在相同的寄生电阻条件下推导出的结论)。

为了减小外接电感尺寸,可提高工作频率。例如350KHz工作频率,只需要3.3uH以上的电感就可以保证正常工作,但是如果输出端需要输出大电流(例如:输出电流大于50mA),为了提高工作效率,建议使用较大电感。

在大负载情况下,电感的串联电阻会极大地影响转换效率,假设电感的电阻为rL,负载电阻为Rload,那么在电感的功率损耗大致如下式计算:

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综合考虑,建议使用27uH、<0.5Ω的电感。如果需要提高大负载效率,需要使用更大电感值、更小寄生电阻值的电感。

2、输出电容选择

输出电容器可减少负载纹波,帮助在负载瞬态期间提供稳定的输出电压。当考虑电容的ESR时,输出电压的纹波为:

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为了减小输出的纹波,需要比较大的输出电容值。但是输出电容过大,就会使得系统的反应时间过慢,所以建议使用100uF电容。如果需要更小的纹波,则需要更大的电容。

当输出连接大负载的时候,ESR造成的纹波将成为最主要的因素,同时ESR又会增加效率损耗,降低转换效率。所以建议使用ESR低的钽电容,或者多个或X7R陶瓷电容器并联使用。其他类型的电容器可能具有较高的ESR,会降低转换器效率。

3、二极管

用于整流二极管对DC-DC效率影响很大,虽然普通的二极管也能够使得DC-DC电路工作正常,但是会降低5~10%的效率,所以建议使用正向导通电压低、反应时间短的肖特基二极管,例如1N5817、1N5819、1N5821、1N5822等。

具体参数上,二极管的平均正向额定电流必须等于或高于最大输出电流,重复峰值正向额定电流必须等于或高于电感器峰值电流,反向击穿电压必须高于内部电源开关额定电压。

例如,MCP1665带有36V的内部开关,能够提供高达1A的电流。因此,Microchip建议使用STMicroelectronics供应的STPS2L40VU肖特基二极管,该器件的反向击穿电压为40V,正向电流为2A。

4、输入电容

如果输入电源稳定,即使没有输入滤波电容,DC-DC电路也可以输出低纹波、低噪声的电流电压。但是当电源离DC-DC电路较远,建议在DC-DC的输入端加上10uF以上的滤波电容,用于减小输出的噪声。

DC-DC升压稳压器具有高速开关特征,对PCB布局非常敏感:寄生电感和电容可能导致高输出纹波、输出稳压效果不佳、电磁干扰 (EMI) 过大,甚至因高电压尖峰而导致故障。因此,外围元件应靠近IC芯片,接地节点应靠近IC电源接地引脚,以最大程度减小回路面积,电源接地、信号接地和导热垫也应该在单个低阻抗接地点连接在一起。部分公式在下图

太乙金华宗旨——第三章回光守中

回光之名何昉乎?昉之自文始真人也。回光则天地阴阳之气无不凝,所谓精思者此也,纯气者此也,纯想者此也。初行此诀,乃有中似无。久之功成,身外有身,乃无中似有。百日专功,光才真,方为神火。百日后,光中自然一点真阳,忽生黍珠,如夫妇交合有胎,便当静以待之,光之回,即火候也。

夫元化之中,有阳光为主宰,有形者为日,在人为目,走漏神识,莫此甚顺也。故金华之道,全用逆法。回光者,非回一身之精华,直回造化之真气,非止一时之妄念,直空千劫之轮回。故一息当一年,人间时刻也,一息当百年,九途长夜也。凡人自嘚的一声之后,逐境顺生,至老未尝逆视,阳气衰灭,便是九幽之界。故《楞严经》云:“纯想即飞。纯情即堕”。学人想少情多,沉沦下道。惟谛观息静,便成正觉,用逆法也。《阴符经》云:“机在目”。《黄帝素间》云:“人身精华。皆上注于空窍是也。”得此一节,长生者在兹,超升者亦在兹矣。此是贯彻三教工夫。

光不在身中,亦不在身外,山河大地,日月照临,无非此光,故不独在身中。聪明智慧,一切运转,亦无非此光,所以亦不在身外。天地之光华,布满大千,一身之光华,亦自漫天盖地。所以一回光,天地山河一切皆回矣。人之精华,上注于目,此人身之大关键也。子辈思之,一日不静坐,此光流转,何所底止!若一刻能静坐,万劫千生,从此了彻。万法归于静,真不可思议,此妙谛也。然工夫下手,由浅入深,由粗入细,总以不间断为妙。工夫始终则一。但其间冷暖自知,要归于天空海阔,万法如如,方为得手。

圣圣相传,不离反照。孔云:“致知”;释曰:“观心”;老云:“内观”,皆此法也。但反照二字,人人能言,不能得手,未识二字之义耳。反者,自知觉之心,反乎形神末兆之初,则吾六尺之中,反求个天地末生之体,今人但一、二时中间静坐,反顾己私,便云反照,安得到头!

佛道二祖,教人看鼻尖者,非谓着念于鼻端也。亦非谓眼观鼻端,念又注中黄也。眼之所至,心亦至焉,何能一上而一下也,又何能忽上而忽下也。此皆误指而为月。毕竟如何?曰鼻端二字最妙,只是借鼻以为眼之准耳。初不在鼻上,盖以大开眼,则视远,而不见鼻矣;太闭眼,则眼合,亦不见鼻矣。大开失之外走,易于散乱,太闭失之内驰,易于昏沉,惟垂帘得中,恰好望见鼻端,故取以为准。只是垂帘恰好,任彼光自然透入,不劳你注射与不注射。

看鼻端,只于最初入静处举眼一视,定个准则便放下。如泥水匠人用线一般,彼自起手一挂,便依了做上去,不只管把线看也。

止观是佛法,原不秘的。以两目谛观鼻端正身安坐,系心于缘中,道言中黄不必言头中,但于两眉中间,齐平处系念便了。光是活泼泼的东西,系念两眉中间,光自然透入,不必着意于中宫也,此数语已括尽要旨。其余入静出静前后,以下止观书印证可也。
缘中二字极妙。中无不在,遍大千皆在里许,聊指造化之机,缘此入门耳。缘者缘此为端倪,非有定着也,此二字之义,活甚妙甚。

止观二字,原离不得,即定慧也。以后凡念起时,不要仍旧兀坐。当究此念在何处,从何起,从何灭,反复推究,了不可得,即见此念起处也。不要又讨过起处,觅心了不可得。吾与汝安心竟,此是正观,反此者,名为邪观。如是不可得已,即仍旧绵绵去止,而继之以观,观而继之以止,是定慧双修,此为回光。回者止也,光者观也。止而不观,名为有回而无光,观而不止,名为有光而无回,志之。

达道居士译文:

吕祖说:回光这个名词,始于何人?始于文始真人(关尹子)。回光的时候,则天地间阴阳之气无不凝聚,所谓“精思”,所谓“纯气”讲的都是这回事。开始实行这一个功诀时,是“有中似无”;日久功成,达到身外有身的地步,那就是“无中生有”。要专心炼功一百天,那光才达到真的地步,那才是真正的神火。在一百日之后,光自然会凝聚;人身中的一点真阳,忽然产生黍粒大小的光珠,就像夫妇交合会怀胎一样,此时必须平静地去等待。光的回法,以及回的程度,就是人们常说的“火侯”。

在广袤的造化之中,有阳性的光在作为主宰。有形体的就是太阳;在人身中就是两眼,通过眼光走漏神识出去,那就是最顺当。所以金华功法,就不能让它顺当,而是采用一种逆法。

要知道回光不仅是返回一身的精华,而且是返回造化中的真气;不仅是制止一时之妄想,也是解脱了千劫之轮回。所以说把一呼一吸的时间当作一年,就是人间的时刻;把一呼一吸的时间当作百年,那就是九泉之下的漫漫长夜。

人自从娘胎中叻地一声诞生出世,从此就顺着环境生活,一直到老,从来不曾逆视过。阳性的气逐渐衰微,逐步走进那阴性的九幽之界。所以楞严经云:“纯想即飞,纯情即堕”,你们学道的人原是“想”少“情”多,因而沉沦在下道之中,只有内观于息静,才能成为正觉,这里用的正是那种逆法。在锻炼中眼睛最为重要。阴符经云:“机在目。”黄帝素问也云:“人身精华,皆上注于空窍。”都在强调这个。你们懂得了这一章所讲的道理,长生之方就依靠它,飞升之术也是依靠它。这是贯通了儒、释、道三教的功夫原理。

光并不在身中,但也不在身外。请看山河大地,日月光华照耀着它们,所以光不独在身中。聪明才智,一切事物的正常运转,亦无一不依靠此光,所以它也并不在身外。天地的光华,布满了大千世界;一身的光华也可说是铺天盖地。因此只要你一回光,那山河大地,一切事物也跟着回光了。

人的精华是向上凝集在眼睛中的,这可是人身上一大关键。你们想一想,假如一天不静坐,那光随视觉而流转,能有个完吗?如果能抽出一会儿的时间来静坐,即使是万劫千生,在其中也能了彻。万法终归于静,这一条是真不可思议呵!这真是最玄妙的道理。然而着手炼功,还是由浅入深,由粗入细,最重要的一条是要不间断的炼为妙。功夫始终是一贯的,不过在炼功过程中,却冷暖自知,只能由个人去体会了,总之要达到海阔天空,万法如如这种境界,才算是入门得手。

自古以来,圣师代代相传,从未离开“反照”这一说。孔子云:“致知”,释迦号:“观心”,老子云:“内观”,皆是指此一法也。但是“反照”这二个字,人人都会说,却大都不能做到入门得手;其主要原因是还不懂这二字的真正函义。“反”者,就是从有知有觉的心,返回到自己身体和精神还未形成的那种阶段去;也就是在自己六尺之躯当中,反求那个天地尚未形成以前的本体,是个什么样子。现在学道的人,只知道每天静坐一二小时,反思一下自己种种的行为,便说做到了“返照”,那怎能叫彻底呢?

佛道二教的教祖,叫人静坐时观看鼻尖,这并不是让你把意念集中在那鼻端那里;也不是让你把眼观盯着鼻端,而意念又集中在中黄部位。因为眼睛所到之处,心意也跟着到此处;心所到之处,气也跟着到了。这怎么能一上又一下?又怎么能忽上忽下?照这种理解法,正应了楞严经里所说的“认指为月”的妙谕了,什么是“认指为月”,就是说有人用手指指着月亮给人看,那人没看月亮,只看着他的手指。回归正传,那么究竟要怎么办才好?我说就是这“鼻端”二字最妙!这只不过是借鼻端来作眼睛的标准,本意并不是在鼻子上面,因为静坐时,眼睛开得太大,就看得过远,于是看不见鼻子了。眼睛闭得过头,就等于合上了眼,于是更看不见鼻子了。太开的缺点,是眼睛外走,容易产生散乱现象;太闭的缺点,是眼光内驰,容易产生昏沉现象。惟有眼垂帘得适中,恰好能望见鼻尖端,最为恰当,所以取鼻端以为标准。这只是让你垂帘的做到恰到好之处,使光自然透入,无需你主动注射或不注射。

眼睛看鼻端,只是在最初快要入静时,举目一视,定个准则,然后你就放下不去管他。好比泥水匠人砌墙挂线一般,他把线挂起来,便照着这线一直往上砌,并不需要一边在砌,一边老是注意去看线。

止观的功法原是佛家的法,并没有什么秘密。那功法内容是以两眼仔细观看鼻尖,然后正身安坐,把心联系在“缘中”部位。佛家言“缘中”,就是道家所说的“中黄”同一道理。也不必把那里称作头部之中。初学的人,只须于两眼中间与眼珠齐平之处,联系意念就可以。光是活泼泼的东西,在两眼齐平处联系意念,那光就会自然而然的透入,并不必要将意念集中在中黄部位。我这几句话,已经括尽佛家功法的要领,其余入静、出静前后应注意事项,大家可以参考隋代智顗大师所着的《小止观书》印证。

缘中这二个字下得妙极了!无所不在是为“中”;整个大千世界都可以包括在里面,聊以指示造化之机,必须缘着这条路入门。所以“缘”字,就是“缘”着这一起点来开端,来萌芽,不是叫你定定地去攀缘着它,此二字的意义,真是太活了,太妙了!

“止”和“观”这二个字,原是离不开的,那也就是“定”和“慧”也。以后大家在静坐时,如果有染念出现时,不要仍旧死死的坐在那里,可以找一找这个念头出现在何处?从何而起?又从何而灭?反复追究,一直追到追不出结果来,那就是念头生起之处。但你决不要去硬找那念头起处,最适合是达到所谓“觅心了不可得,吾与汝安心竟。”这种程度,像这样才是正观,若不是这样,就不是正观,叫做“邪观”。寻找念头而不可得,以后,还会有新的念头生出来,那么仍然绵绵地止住它,接着又去观它,观到合适的程度,就再去止住那观的念头,这种功法,是一种定慧双修法的功法,也就是我前面所讲的回光。回者就是止;光者就是观。止而不观,称为有回无光;观而不止,称为有光无回。请大家务必记住这一点。

摘自:劝学网——道家思想

☕️
我闺女小时候每次进超市
都有很严重的选择困难症
​这个症状在她选盲盒的时候尤为突出
意识到这是个问题的时候
我就刻意去纠正:
“每一个都一样,万一选的不是最想要的
就把惊喜留在下一次
浪费时间和心力得不偿失”
不要觉得我小题大做
小选择都犹豫大选择更会无从下手
如果你身边有买东西都会非常犹豫的人
你仔细想想他的众多人生选择是不是也这样?



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