Simple Switcher，顧名思義,，中文譯名 “易電源”,，1989年simple switcher推出了第一代產(chǎn)品LM2576，芯片集成了 MOS管、外圍控制及補(bǔ)償電路，外圍電路非常簡(jiǎn)單，無(wú)需客戶花太多的時(shí)間設(shè)計(jì)和調(diào)試,，深受客戶喜歡，風(fēng)靡全球,，至今仍然在眾多的工業(yè)客戶中廣泛應(yīng)用,，經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，simple switcher已經(jīng)推出了很多代產(chǎn)品,。本文主要介紹Simple switcher第5.5代產(chǎn)品,，詳細(xì)分析其特性及參數(shù)指標(biāo)。此產(chǎn)品可以廣泛地應(yīng)用在工業(yè),、汽車和通訊等領(lǐng)域,。
背景
隨著工業(yè)，汽車,，通訊等客戶系統(tǒng)的日益發(fā)展,，一些新的需求不斷被提出，比如產(chǎn)品的小型化,，低功耗,，低壓差工作。LM2596, LM2575這些老的產(chǎn)品漸漸不能適用要求,，第5.5代產(chǎn)品就是在這樣的背景下產(chǎn)生的,。該系列為40V耐壓產(chǎn)品,，共有三顆產(chǎn)品號(hào)，LMR14020, LMR14030,，LMR14050,，對(duì)應(yīng)的電流分別是2A，3.5A,，5A，采用SO8封裝,。圖1為其典型應(yīng)用電路,。相比較以前的產(chǎn)品，不僅保持了簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn),，同時(shí)5.5代產(chǎn)品擁有更豐富的特性及更出色的性能,。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
Simple switcher第5.5代產(chǎn)品性能
寬電壓輸入
寬電壓輸入的需求在工業(yè)和汽車應(yīng)用中越來(lái)越普遍,，耐壓到40V的應(yīng)用占到31%,，如此多的寬壓需求主要來(lái)自以下幾個(gè)方面。一：系統(tǒng)本身是一個(gè)寬電壓的輸入,，比如溫控器工作輸入電壓是24V,，工作電壓范圍為18V-32V；二：汽車或卡車電池供電的系統(tǒng),，正常工作電壓為12V或24V,，但在拋負(fù)載的時(shí)候電壓可能會(huì)達(dá)到30V以上，而冷啟動(dòng)過(guò)程中電壓甚至又會(huì)跌至5V左右,，電壓范圍變化非常寬,；三：電梯控制系統(tǒng)，供電輸入線很長(zhǎng),，在系統(tǒng)啟動(dòng)瞬間,，由于寄生電感的存在，LDi/dt會(huì)引起很高的尖峰電壓,。四：工程師會(huì)留一些安全余量,，會(huì)對(duì)元器件降額使用等等。Simple switcher第5.5代產(chǎn)品覆蓋了4V至40V輸入電壓的應(yīng)用范圍,，非常適合應(yīng)用在工業(yè)和汽車?yán)锩娴墓╇姟?/p>
靜態(tài)工作電流
近年來(lái)“綠色環(huán)?！备拍顝V為流行，一方面是人口增長(zhǎng)帶來(lái)的能源供給壓力,，另一方面是能源開(kāi)采過(guò)程帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題,，越來(lái)越多的工業(yè)化國(guó)家普遍意識(shí)到了節(jié)約能源的重要性，很多國(guó)家開(kāi)始施行“綠色政策”,，鼓勵(lì)制造商在終端產(chǎn)品引入節(jié)能技術(shù),。,。就DC/DC轉(zhuǎn)換器而言，節(jié)能意味著較高的轉(zhuǎn)換效率及較低的待機(jī)功耗,。,。
另外在汽車領(lǐng)域，靜態(tài)電流對(duì)蓄電池也有影響,，靜態(tài)電流越大則蓄電池能量消耗越快,。蓄電池作為車輛冷起動(dòng)的唯一能量提供者，如果能量消耗過(guò)多則可能導(dǎo)致無(wú)法正常起動(dòng)車輛,。歐洲的汽車OEM一般要求6-8周的待機(jī)時(shí)長(zhǎng),，即在6-8周內(nèi)能夠正常起動(dòng)車輛。DC/DC電源在汽車熄火后需要保持待機(jī)工作狀態(tài),，主要的供電需求主要來(lái)自兩個(gè)方面,。。一,、功能的需要,，比如電子時(shí)鐘的走時(shí)（計(jì)時(shí)）電路；遙控電路的接收部分,。二,、故障診斷的需要，為了快速解決車輛故障現(xiàn)在的車輛都具有診斷功能,，即控制器能識(shí)別故障的原因并以代碼的形式存儲(chǔ)于控制器內(nèi),。
Simple switcher第5.5代產(chǎn)品在睡眠模式中，僅吸收40uA電流,，非常適合于電池供電設(shè)備及一些節(jié)能環(huán)保的系統(tǒng)里,。如圖2所示，12V轉(zhuǎn)5V在10mA時(shí)的效率達(dá)到80%,，性能非常出色,。
最小導(dǎo)通時(shí)間
Buck電路的輸入輸出轉(zhuǎn)換公式為Vout=DVin，D為導(dǎo)通占空比,，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間ton=D/fs,。高頻化一直是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。一方面,，高頻化能夠降低電感,、電容值的需求，契合客戶產(chǎn)品小型化,、低成本的需求,。另一方面，許多汽車領(lǐng)域的客戶為了避免電源對(duì)AM頻段的干擾,，需要電源開(kāi)關(guān)頻率在AM頻段之上,。,。這里以2MHz開(kāi)關(guān)頻率為例，若需要將12V轉(zhuǎn)為3.3V,，理論導(dǎo)通時(shí)間為137.5ns,。換言之，只有芯片的可控導(dǎo)通時(shí)間低于137.5ns,，輸出才能正常穩(wěn)壓,。。Simple switcher第5.5代產(chǎn)品最小導(dǎo)通時(shí)間為75ns,，非常合適高頻的應(yīng)用場(chǎng)合,，，在同類產(chǎn)品中,，該指標(biāo)也是很卓越的。
最大占空比
上一節(jié)有提到過(guò),，Buck電路的輸入輸出轉(zhuǎn)換公式為Vout=DVin,，理論上如果D=1的話， Vout=Vin,。但在實(shí)際情況下,，由于內(nèi)置MOS管驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)辦法使MOS管一直導(dǎo)通，因此很難做到100%的占空比,。大部分內(nèi)部集成N-MOS的電源芯片,，它需要一個(gè)自舉電容來(lái)提供驅(qū)動(dòng)N-MOS開(kāi)通的能量，如圖中所示Cboot即為驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電容,。電容充電需要時(shí)間的,，當(dāng)占空比較大，下二極管導(dǎo)通時(shí)間比較短的時(shí)候,，Boot電容的能量充不滿的話,，那在下一個(gè)周期里Mos管就不能可靠導(dǎo)通，在這種情況下,，輸出不穩(wěn)定或大幅震蕩,。所以在有些芯片中，最大占空只能做到80%左右,。在電壓?jiǎn)?dòng)和電壓跌落的過(guò)程中,，當(dāng)輸入接近輸出的時(shí)候，會(huì)限制芯片的應(yīng)用,。在simple swithcher 第5.5代產(chǎn)品中,，最大占空比可以做到97%。
其工作原理如下圖所示,，在芯片內(nèi)部集成了一個(gè)小的Wimp Mos管,，在平時(shí)正常工作時(shí)這個(gè)Mos管是不工作的,。當(dāng)輸入接近輸出時(shí)，如果Boot電容上的電壓跌至一定電壓時(shí),，這個(gè)Mos管會(huì)強(qiáng)制導(dǎo)通一小段時(shí)間,，使得Boot電容上的電壓恢復(fù)至額定值。圖為實(shí)測(cè)結(jié)果,，在低壓差情況下,，輸出對(duì)于輸入的跟蹤非常好，沒(méi)有任何電壓波動(dòng),。,。
EMI
EMI是一個(gè)經(jīng)常困擾電源工程師的問(wèn)題，很多資深的工程師有時(shí)對(duì)它也束手無(wú)策,。工程師往往需要通過(guò)使用較大的濾波器（增加成本）,，或者降低MOS管開(kāi)關(guān)速度（增加開(kāi)關(guān)損耗）等方法去解決EMI。,。而Simple switcher第5.5代產(chǎn)品提供可一個(gè)抖頻的功能（可選項(xiàng)）,，當(dāng)系統(tǒng)EMI遲遲不能解決的時(shí)候，可以嘗試一下抖頻的功能,，也許很快就解決了EMI的問(wèn)題,。如圖所示，抖頻對(duì)傳導(dǎo)的改善很明顯,。
結(jié)論
通過(guò)上面對(duì)simple swithcher 第5.5代產(chǎn)品的介紹,，除了簡(jiǎn)單易用這個(gè)最大的特點(diǎn)之外，其產(chǎn)品性能也是非常卓越的,，可以滿足工業(yè)和汽車客戶的各種需求,，完美的解決了易用性和高性能的平衡。具體的參數(shù)設(shè)計(jì)可以參考對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè),，另外我們的在線仿真工具Webench可以提供原理圖,、材料清單、仿真和設(shè)計(jì)文件,，為客戶節(jié)省大量的時(shí)間和成本,。