Simple Switcher 第5.5代产品使您的DC DC设计更简单

2015-07-08 16:14:57来源: EEworld
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simple swithcher 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。
 

关键字:易电源  LM2576  德州仪器  TI

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2015/0708/article_26195.html
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