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,、外圍控制及補償電路，外圍電路非常簡單,，無需客戶花太多的時間設計和調(diào)試,，深受客戶喜歡，風靡全球,，至今仍然在眾多的工業(yè)客戶中廣泛應用,，經(jīng)過二十幾年的發(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,，詳細分析其特性及參數(shù)指標。此產(chǎn)品可以廣泛地應用在工業(yè),、汽車和通訊等領域,。

 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,，LMR14020, LMR14030,，LMR14050，對應的電流分別是2A,，3.5A,，5A，采用SO8封裝,。圖1為其典型應用電路,。相比較以前的產(chǎn)品,，不僅保持了簡單易用的特點，同時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)和汽車應用中越來越普遍，耐壓到40V的應用占到31%,，如此多的寬壓需求主要來自以下幾個方面,。一：系統(tǒng)本身是一個寬電壓的輸入，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,，但在拋負載的時候電壓可能會達到30V以上，而冷啟動過程中電壓甚至又會跌至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,，在系統(tǒng)啟動瞬間,，由于寄生電感的存在，LDi/dt會引起很高的尖峰電壓,。四：工程師會留一些安全余量,，會對元器件降額使用等等。Simple switcher第5.5代產(chǎn)品覆蓋了4V至40V輸入電壓的應用范圍,，非常適合應用在工業(yè)和汽車里面的供電,。

靜態(tài)工作電流

       近年來“綠色環(huán)保”概念廣為流行,，一方面是人口增長帶來的能源供給壓力,，另一方面是能源開采過程帶來的環(huán)境問題，越來越多的工業(yè)化國家普遍意識到了節(jié)約能源的重要性,，很多國家開始施行“綠色政策”,，鼓勵制造商在終端產(chǎn)品引入節(jié)能技術。,。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功耗。,。

       另外在汽車領域,，靜態(tài)電流對蓄電池也有影響，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的唯一能量提供者,，如果能量消耗過多則可能導致無法正常起動車輛,。歐洲的汽車OEM一般要求6-8周的待機時長，即在6-8周內(nèi)能夠正常起動車輛,。DC/DC電源在汽車熄火后需要保持待機工作狀態(tài),，主要的供電需求主要來自兩個方面。,。一,、功能的需要，比如電子時鐘的走時（計時）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,，即控制器能識別故障的原因并以代碼的形式存儲于控制器內(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時的效率達到80%,，性能非常出色。

最小導通時間

       Buck電路的輸入輸出轉(zhuǎn)換公式為Vout=DVin,，D為導通占空比,，對應的導通時間ton=D/fs。高頻化一直是開關電源發(fā)展的一個重要趨勢,。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,，許多汽車領域的客戶為了避免電源對AM頻段的干擾,，需要電源開關頻率在AM頻段之上,。。這里以2MHz開關頻率為例,，若需要將12V轉(zhuǎn)為3.3V,，理論導通時間為137.5ns。換言之,，只有芯片的可控導通時間低于137.5ns,，輸出才能正常穩(wěn)壓。。Simple switcher第5.5代產(chǎn)品最小導通時間為75ns,，非常合適高頻的應用場合,，，在同類產(chǎn)品中,，該指標也是很卓越的,。

 最大占空比

       上一節(jié)有提到過，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。但在實際情況下,，由于內(nèi)置MOS管驅(qū)動電路沒辦法使MOS管一直導通,，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,，它需要一個自舉電容來提供驅(qū)動N-MOS開通的能量,，如圖中所示Cboot即為驅(qū)動儲能電容。電容充電需要時間的,，當占空比較大,，下二極管導通時間比較短的時候，Boot電容的能量充不滿的話,，那在下一個周期里Mos管就不能可靠導通，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,。在電壓啟動和電壓跌落的過程中,，當輸入接近輸出的時候，會限制芯片的應用,。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)部集成了一個小的Wimp Mos管,，在平時正常工作時這個Mos管是不工作的。當輸入接近輸出時,，如果Boot電容上的電壓跌至一定電壓時,，這個Mos管會強制導通一小段時間，使得Boot電容上的電壓恢復至額定值,。圖為實測結果,，在低壓差情況下，輸出對于輸入的跟蹤非常好，沒有任何電壓波動,。,。

 EMI

       EMI是一個經(jīng)常困擾電源工程師的問題，很多資深的工程師有時對它也束手無策,。工程師往往需要通過使用較大的濾波器（增加成本）,，或者降低MOS管開關速度（增加開關損耗）等方法去解決EMI。,。而Simple switcher第5.5代產(chǎn)品提供可一個抖頻的功能（可選項）,，當系統(tǒng)EMI遲遲不能解決的時候，可以嘗試一下抖頻的功能,，也許很快就解決了EMI的問題,。如圖所示，抖頻對傳導的改善很明顯,。

結論

       通過上面對simple swithcher 第5.5代產(chǎn)品的介紹,，除了簡單易用這個最大的特點之外，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)設計可以參考對應的數(shù)據(jù)手冊,，另外我們的在線仿真工具Webench可以提供原理圖,、材料清單、仿真和設計文件,，為客戶節(jié)省大量的時間和成本,。