Simple Switcher第5.5代产品使您的DC-DC设计更简单 微软, 产品

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Simple Switcher，顾名思义，中文译名“易电源”，1989年simple switcher推出了第一代产品LM2576，芯片集成了MOS管、外围控制及补偿电路，外围电路非常简单，无需客户花太多的时间设计和调试，深受客户喜欢，风靡全球，至今仍然在众多的工业客户中广泛应用，经过二十几年的发展，simple switcher已经推出了很多代产品。本文主要介绍Simple switcher第5.5代产品，详细分析其特性及参数指标。此产品可以广泛地应用在工业、汽车和通讯等领域。

1. 背景
随着工业，汽车，通讯等客户系统的日益发展，一些新的需求不断被提出，比如产品的小型化，低功耗，低压差工作。LM2596, LM2575这些老的产品渐渐不能适用要求，第5.5代产品就是在这样的背景下产生的。该系列为40V耐压产品，共有三颗产品号，LMR14020, LMR14030，LMR14050，对应的电流分别是2A，3.5A，5A，采用SO8封装。图1为其典型应用电路。相比较以前的产品，不仅保持了简单易用的特点，同时5.5代产品拥有更丰富的特性及更出色的性能。主要体现在以下几个方面。



2. Simple switcher第5.5代产品性能

2.1 宽电压输入
宽电压输入的需求在工业和汽车应用中越来越普遍，耐压到40V的应用占到31%，如此多的宽压需求主要来自以下几个方面。一：系统本身是一个宽电压的输入，比如温控器工作输入电压是24V，工作电压范围为18V-32V；二：汽车或卡车电池供电的系统，正常工作电压为12V或24V，但在抛负载的时候电压可能会达到30V以上，而冷启动过程中电压甚至又会跌至5V左右，电压范围变化非常宽；三：电梯控制系统，供电输入线很长，在系统启动瞬间，由于寄生电感的存在，LDi/dt会引起很高的尖峰电压。四：工程师会留一些安全余量，会对元器件降额使用等等。Simple switcher第5.5代产品覆盖了4V至40V输入电压的应用范围，非常适合应用在工业和汽车里面的供电。

2.2 静态工作电流
近年来“绿色环保”概念广为流行，一方面是人口增长带来的能源供给压力，另一方面是能源开采过程带来的环境问题，越来越多的工业化国家普遍意识到了节约能源的重要性，很多国家开始施行“绿色政策”，鼓励制造商在终端产品引入节能技术。。就DC/DC转换器而言，节能意味着较高的转换效率及较低的待机功耗。

另外在汽车领域，静态电流对蓄电池也有影响，静态电流越大则蓄电池能量消耗越快。蓄电池作为车辆冷起动的唯一能量提供者，如果能量消耗过多则可能导致无法正常起动车辆。欧洲的汽车OEM一般要求6-8周的待机时长，即在6-8周内能够正常起动车辆。DC/DC电源在汽车熄火后需要保持待机工作状态，主要的供电需求主要来自两个方面。。一、功能的需要，比如电子时钟的走时（计时）电路；遥控电路的接收部分。二、故障诊断的需要，为了快速解决车辆故障现在的车辆都具有诊断功能，即控制器能识别故障的原因并以代码的形式存储于控制器内。



Simple switcher第5.5代产品在睡眠模式中，仅吸收40uA电流，非常适合于电池供电设备及一些节能环保的系统里。如图2所示，12V转5V在10mA时的效率达到80%，性能非常出色。

2.3 最小导通时间
Buck电路的输入输出转换公式为Vout=DVin，D为导通占空比，对应的导通时间ton=D/fs。高频化一直是开关电源发展的一个重要趋势。一方面，高频化能够降低电感、电容值的需求，契合客户产品小型化、低成本的需求。另一方面，许多汽车领域的客户为了避免电源对AM频段的干扰，需要电源开关频率在AM频段之上。。这里以2MHz开关频率为例，若需要将12V转为3.3V，理论导通时间为137.5ns。换言之，只有芯片的可控导通时间低于137.5ns，输出才能正常稳压。。Simple switcher第5.5代产品最小导通时间为75ns，非常合适高频的应用场合，，在同类产品中，该指标也是很卓越的。

2.4 最大占空比
上一节有提到过，Buck电路的输入输出转换公式为Vout=DVin，理论上如果D=1的话，Vout=Vin。但在实际情况下，由于内置MOS管驱动电路没办法使MOS管一直导通，因此很难做到100%的占空比。大部分内部集成N-MOS的电源芯片，它需要一个自举电容来提供驱动N-MOS开通的能量，如图中所示Cboot即为驱动储能电容。电容充电需要时间的，当占空比较大，下二极管导通时间比较短的时候，Boot电容的能量充不满的话，那在下一个周期里Mos管就不能可靠导通，在这种情况下，输出不稳定或大幅震荡。所以在有些芯片中，最大占空只能做到80%左右。在电压启动和电压跌落的过程中，当输入接近输出的时候，会限制芯片的应用。在simpleswithcher第5.5代产品中，最大占空比可以做到97%。

其工作原理如下图所示，在芯片内部集成了一个小的Wimp Mos管，在平时正常工作时这个Mos管是不工作的。当输入接近输出时，如果Boot电容上的电压跌至一定电压时，这个Mos管会强制导通一小段时间，使得Boot电容上的电压恢复至额定值。图为实测结果，在低压差情况下，输出对于输入的跟踪非常好，没有任何电压波动。。





2.5 EMI
EMI是一个经常困扰电源工程师的问题，很多资深的工程师有时对它也束手无策。工程师往往需要通过使用较大的滤波器（增加成本），或者降低MOS管开关速度（增加开关损耗）等方法去解决EMI。。而Simple switcher第5.5代产品提供可一个抖频的功能（可选项），当系统EMI迟迟不能解决的时候，可以尝试一下抖频的功能，也许很快就解决了EMI的问题。如图所示，抖频对传导的改善很明显。



3. 结论
通过上面对simple swithcher第5.5代产品的介绍，除了简单易用这个最大的特点之外，其产品性能也是非常卓越的，可以满足工业和汽车客户的各种需求，完美的解决了易用性和高性能的平衡。具体的参数设计可以参考对应的数据手册，另外我们的在线仿真工具Webench可以提供原理图、材料清单、仿真和设计文件，为客户节省大量的时间和成本。