如何以低电压(1.2V)长距离传输大电流(2.6A)?

电器工程 力量 电路板 pcb设计 信号完整性
2022-01-22 12:35:39

我想提供一个 1.2V 的 DSP。该 DSP 在满载时需要 2.6 安培的电流。基于此 DSP 的电气规格,最小电源为 1.16V,这意味着由电源层、走线和连接器引起的最大电压降不应超过 40 mV。

就我而言,我发现很难实现这一点,因为电源和 DSP 之间的距离约为 8000 Mil(~ 20 cm),并且该电源通过两个增加 100 mOhms 的连接器,因此压降为 260 mV(100m x 2.6A) 不计入平面阻抗。我为我的案例绘制了一个简单的示意图,如下图所示:

显示问题的简单示意图

我的问题是:

  • 总距离只有20厘米吗?或者我应该添加返回以使实际距离为 40 厘米?( 更糟糕 :( )

  • 我该如何解决这个问题?知道源和DSP之间的距离不能小于20厘米。我应该在 DSP 旁边添加另一个稳压器吗?还是产生一个稍大的电压来补偿这个下降更好?(还有其他组件需要 1.2V 电源并且与 DSP 的距离不同)。

  • 如何计算平面阻抗,在上图中显示为 R(Plane)?

# 编辑 1:

关于第 1 点,好吧,不幸的是,现在总距离是 40 厘米。

我想到了一种降低连接器电阻的解决方案,这是高电阻的主要因素。根据连接器数据表,引脚的电阻是 25 mOhms,我有额外的空闲引脚,所以我将使用 8 个引脚来传输 1.2V,因此现在除以 8,但现在的问题是,我不知道不知道这个电阻是只针对引脚还是在交配后的总电阻?交配后应该将它们视为串联电阻还是并联电阻?

2个回答

一般来说,试图将最终稳压电源推到任何距离都不是一个好主意。在你的情况下,它显然行不通。是的,返回路径会增加总电阻,因为它与负载串联。奇怪的是,您在正电源中有连接器,但在地面上却没有。如果这是固定安装,那为什么不将电线从一端焊接到另一端呢?

解决分布式稳压电源需求的更好方法,尤其是在您拥有的低压和大电流下,是分配更高的粗略稳压电压并在本地产生最终的严格稳压电压。这做了两件有用的事情:

  1. 分配较高电压的下降无关紧要,因为无论如何都会调节到最终电压。您确实必须确保另一个电压至少是该稳压器正常工作所需的最低电压,但该净空通常很容易建立。

  2. 在本地稳压器作为开关的情况下,更高的电压将具有更少的电流,这意味着它在整个距离上的电压降也会更小,从而减少浪费的功率和必须处理的热量。

那么你的 1.2V 电源是从哪里来的呢?您可能在某处使用降压转换器获得更高的电压。远距离发送更高的电压,并在 DSP 上放置一个降压稳压器。请注意,这放宽了对主板上 1.2V 电源的要求。两个较小的降压稳压器仍将比一个较大的稳压器贵,但允许两者都变小会有所帮助。它还可以分配任何损失的热量,这通常更容易处理。

添加以回应您的评论:

如果你真的不能在负载旁边放置一个本地稳压器,那么下一个最好的办法就是让一条感应线回来。该线路将远端的实际电压报告回主板上的调节器。该电压用作反馈,以便远端的电压得到调节。然后,调节器上的电压将根据需要自动升高,以克服通往负载的电压降。感应线不会经历这些电压降,因为它流过的电流非常少。它只是一个电压反馈信号。

如果接地连接也可能有显着的电压降,那么它会变得更加棘手。有时您使用两条感应线并在电源处对它们进行区别处理。有时您假设正向和反向电压降大致相等,并在检测电路中增加一点增益。有时您只是将电源的输出设置得稍高一点,以补偿标称的总压降,而不是尝试在它周围进行主动调节。

连接电阻适用于配对的引脚和插座。如果你使用其中的 N 个,那么阻力会下降大约 N 个。

你真的想要靠近 DSP 的调节器。如果您有两个连接器并且它们是主要电阻(正如您所说的那样),那么它们的电阻会随着环境、年龄、温度等而变化,并给出不确定的结果。

显然,如果连接器增加 100 毫欧并且您有 2.6A,那么您将获得 260 毫伏的压降。如果 40 mV 是最大容许电压,那么您可以添加无限返回背板,但仍会超出规格 260/40 ~= 6.5:1。您将需要至少 6.5 个并行引脚对才能将该连接器仅电压降低到允许的水平,然后处理电路的其余部分和返回路径。如果 50 毫欧值实际上是一个典型的平均值,那么您的情况几乎是棘手的。如果在返回路径中有相同数量的 50 毫欧连接器,那么问题就变得不可能了。

[“没有不可能的事!” 如果你做某些运动鞋,但在这里是不可能的。]

如果您无法将调节器带到 DSP 上,那么可行的解决方案是使用远程或“开尔文”感应。即从稳压器到不承载电流的负载运行电压检测线,并调整馈电电压以适应。虽然这很简单,但您显然希望检测电路永远不要开路(因为电压会升高以尝试补偿)并且您必须处理检测电路中的噪声等。不难,但是……