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simonlin2003 2012-05-08 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《nspdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含采用PowerWiseSimpleSwitcher控制器简化负载点电源系统设计易用程度易用程度模块模块输出电流输出电流A传统控制器传统控制器面向的应符等。

采用PowerWiseSimpleSwitcher控制器简化负载点电源系统设计易用程度易用程度模块模块输出电流输出电流A传统控制器传统控制器面向的应用领域SimpleSwitcherSimpleSwitcher控制器控制器高集成高集成度度开关稳压器开关稳压器高ASimpleSwitcher控制器*PowerWise标准=若转换比率为:或以上效率最少可达•广受欢迎的的SimpleSwitcher开关电源系列的最新产品–专为设计经验不多或设计时间紧迫的客户而提供最适用于输出电流超过~A的系统设计•输出电流高于传统的SimpleSwitcher稳压器•容易使用的同步控制器系列–输出电流高达A–V至V的输入电压范围–固定及可调整的开关频率–固定及可调整的输出电压•由元件挑选、仿真、电路布局到电路评估的整个设计过程都可获不同设计工具支持–全套WEBENCH在线设计工具提供多款FET供客户选择–另有多种不同的离线设计工具•PowerWise*–在输出A电流时效率可高达何谓SimpleSwitcher控制器固定导通时间及仿纹波控制EACFeedbackCompensationRSQOscillatorDriverSwitchReferenceVoltageVinVout优点:频率固定纹波较低(必要的)缺点:环路设计复杂带宽有限(相对于迟滞转换器)补偿电路及误差信号放大器(EA)带宽有限因此不可以迅速作出瞬态响应对开关比较器而言等效于的纹波纹波必须很低才可有效控制反馈基本的PWM直流直流转换器tON和tOFF以及频率都会随VIN、VOUT、L、ESR、ESL、VHYS*(RFRF)RF、及td而变动缺点:优点:高带宽带来瞬态响应便越快无需为频率提供补偿(极点零点)已有输入电压前馈功能必须有纹波才可正确触发比较器较难控制频率!!迟滞降压稳压器基本结构RFRFErrorComparatorModulatorVREFRLRC(ESR)VINVOUTPowerStageLCOneShotInverselyProportionaltoVinVFBON•优点恒定频率与输入电压的关系轻载时也能发挥极高效率瞬态响应极快•缺点反馈比较器必须有纹波对输出噪声较为敏感因为这些噪声会变为反馈纹波若输入电压不变即使负载电流有变导通时间也会保持恒定与输入电压呈反比关系的单稳触发器固定导通时间(COT)迟滞稳压器(典型例子)工作频率与输入电压之间的关系(连续导电模式)为何要为降压稳压器引进纹波抑制技术对许多应用来说输出纹波不会对电路构成问题。换言之纹波电压或频率不会影响负载。但部分应用的输出电压纹波可能会产生负面的影响因此纹波振幅必须尽量缩小。对于V的输出电压来说mV纹波的影响远比同一纹波对V输出电压的影响为大。对于部分终端产品来说频率才是干扰其他内置电路的噪声源。例如开关频率可能处于AM收音机接收频带的范围内(kHz至kHz)但只要改用另一开关频率便可解决这个问题这样做并不很难。•输出电压纹波=电感器纹波电流xR•若输入电压上升电感器纹波电流也会随着上升因此输出纹波电压也会随着上升。FBSWLCRRBSTVCCCCDVOUTRONSDVINInputVoltageCRTNSGNDRONRRippleheremustbe>mVppRipplehereisgreaterthanthatatFBbytheratioof(RR)RCOTmAmAmV采用基本配置的电路FBSWLCRRBSTCDVOUTSGNDRippleheremustbe>mVpp电路电压不稳定会产生很多噪声及抖动!!VcVCfIESRIVESROUTSWLLOUT=ΔΔ=Δ反馈信号在此应该上升但实际却在下跌!!VciLVesr,ESR太小•VC与电感器电流波形出现度的相移•VESR与电感器电流波形保持同相•若VESR值太小大部分反馈电压(VFB)纹波都来自VC的相移部分这样不但会产生抖动而且无法稳定电压=VoDCVcVesr完全不用R会有什么影响加C之后反馈电压纹波便会等于输出电压纹波而不会因R及R出现衰减。这样虽不能彻底消除纹波但可将其减少FBSWLCRRBSTVCCCCDVOUTRONSDVINInputVoltageCRTNSGNDRONRRippleheremustbe>mVppRippleherecannowbeaminimumofmVppsameasatFBCCOTmVmAmA加前馈电容器CCOTmAmAmV利用DCR检测的结构若采用纹波最小化的配置典型纹波振幅会介于mVpp与mVpp之间。VIN(V)RippleatVOUT(mVpp)WithoutCWithCWithR,C,CVout=V实现纹波最小化的配置与前述示例之间的比较仿纹波模式(ERM)简介固定导通时间(COT)的优缺点:•固定导通时间控制的稳定性对噪声干扰较为敏感因此必须印制电路板布局要求很高•输出电容器的等效串联电阻要求很大才可确保导通时间固定–反馈引脚必须有少量纹波才可支持稳定的开关功能以及确保负载调整率•不适用于高电流的系统仿纹波模式(ERM)解决方案可将输出电压纹波减至最少同时可执行稳定的的开关功能:•正申请专利的仿纹波模式控制电路–系统可以采用等效串联电阻很低的输出电容器但又可执行稳定的开关稳压功能•输出电压纹波极低峰峰值与电压模式及电流模式的控制电路无异•可以简化反馈电路的设计同时确保有快速的瞬态响应这两方面可媲美固定导通时间解决方案但仿纹波模式解决方案还有另一优点:可以降低高电流系统对印制电路板设计的要求。仿纹波模式电路可以在关断周期内感测低端FET的电压(VSEN)将VSEN与VREF叠加加在一起模拟输出端的“纹波”低端FET的导通状态电阻替代了输出电容器的等效串联电阻–输出端无需采用较大等效串联电阻的电容器–若要完全消除对输出电容等效串联电阻的要求只需:RdsonESRcVREFVSENSimpleSwitcherController仿纹波模式(ERM)背后的运作原理反相VSEN只是关断期间的VESR的复制波形。inverted若要消除对ESRc的要求,RJ*ESRc=D(Cofs)*RJ=低端FET的导通状态电阻VESR仿纹波模式工作原理图vciLVESRvciLVSEN转折点:若vc<vesr,便会触发固定的导通时间转折点:若vc<vsen,便会触发固定的导通时间采用ESRC采用ERM,RJ=ESRC仿纹波模式控制方式的不同波形比较陶瓷输出电容器(等效串联电阻较低)钽质输出电容器(等效串联电阻较高)同样的电容量但纹波则低很多!!!仿纹波模式仿纹波模式((ERM)ERM)控制方法的优点是可以采用等效串控制方法的优点是可以采用等效串联电阻较低的电容器及保持稳定的开关稳压功能联电阻较低的电容器及保持稳定的开关稳压功能输出电压纹波比较仿纹波模式(ERM)固定导通时间技术具有多项优点•无需环路补偿–只需极少外置元件–瞬态响应极快•成本较低•容易使用•稳定可靠•接近固定的工作频率–外置分立元件的数值不会影响频率•稳定可靠、性能卓越•简化设计•仿纹波模式(ERM)电路–输出电压纹波极低稳定的开关稳压功能–无需为低的等效串联电阻提供额外补偿•等效串联电阻更低的电容器Æ体积更小•工作稳定•设计更灵活产品规格与特点SimpleSwitcher控制器简介主要特点:•输入电压:V至V•可调整输出电压可调低至V•可设定开关频率最高可达MHz•可输出高达A的驱动电流•V的参考电压•固定导通时间控制–正在申请专利的仿纹波模式(ERM)控制技术–快速的瞬态响应时间–可以利用RON电阻设定导通时间SimpleSwitcher控制器•容易使用–无需环路补偿–可获全套WEBENCH设计工具支持–只需极少外置元件•可设定限流值(谷值电流)•可设定软启动•过热停机、过压保护、欠压锁定SimpleSwitcher控制器的结构框图可以利用RON电阻设定导通时间可调整输出电压采用仿纹波模式(ERM)的控制方法可以采用等效串联电阻更低的输出电容器设定软启动设定谷值电流V至V的输入电压范围设有外置低端FET因此可在高电流下实现提高效率可设定开关频率最高可达MHzSimpleSwitcher控制器固定输出电压SimpleSwitcher控制器简介主要特点:•所需元件比可调整输出电压控制器少颗•输入电压:V至V•固定输出电压–V、V、V•固定开关频率–kHz、kHz及kHz•可输出高达A的驱动电流•固定导通时间控制–正在申请专利的仿纹波模式(ERM)控制技术–快速的瞬态响应时间ENBSTSWLCBSTLMFBVINVOUTVCVCCVCCPGNDCOUTGNDHGLGVININCINSimpleSwitcher控制器(固定电压版本)•容易使用–无需环路补偿–可获全套WEBENCH设计工具支持–只需极少外置元件•所需元件少于LM•限流(谷值电流)•过热停机、过压保护、欠压锁定产品的结构框图V至V的输入电压范围只需极少外置元件:比可调整输出电压控制器少颗固定输出电压:V,V,V采用仿纹波模式(ERM)的控制方法可以采用等效串联电阻更低的输出电容器固定频率:kHz,kHz,kHz设有外置低端FET因此可在高电流下实现提高效率限流(谷值电流)SimpleSwitcher控制器效率曲线图LMEfficiencyKHzHSandLSFET:MVRuHRJKLoadCurrent(A)Efficiency()VinVinVinVinVinVin效率(频率为kHz)高端及低端FET:MVRuHRJK特色优点对客户的好处利用仿纹波模式(ERM)的控制技术执行固定导通时间稳压功能•无需环路补偿–可以减少元件数目•快速的瞬态响应•频率较为恒定–不受分立元件影响•采用仿纹波模式(ERM)的控制方法因此可以采用等效串联电阻更低的输出电容器优点是可以降低输出纹波•设计更易更快•性能卓越稳定可靠•成本更低PowerWise•驱动负载时效率也高达•同步结构•功耗较少可设定开关频率(可调整输出电压的型号)•可以根据客户要求设定有关参数–方案体积符合特定要求•提高设计的灵活性固定电压版本控制器的特点是频率及输出电压都固定•可以缩小方案体积–只需极少元件•容易使用•更快完成设计广阔的输入电压范围:V至V•适用于多种不同的应用•提高设计的灵活性对客户的整体好处:容易使用及融入系统设计发挥卓越的性能或效率*PowerWise指标:效率以上(转换率不少于:)SIMPLESWITCHER控制器特色优点软启动采用固定导通时间技术执行软启动功能•软启动(SS)的好处–采用软启动方式启动电源供应可防止磁元件出现饱和而且避免出现较高的浪涌电流及输出电压过冲。•软启动–传统的软启动•传统的软启动采用PWM控制模式其特点是由Ton=起占空比及输出电压会在随后的几个周期内平稳上升–SimpleSwitcher控制器的软启动•SimpleSwitcher控制器采用固定导通时间(COT)技术因此执行软启动功能时导通时间固定不变关断时间则可由大变小用这种方式缓慢增加占空比。有与没有软启动功能的固定导通时间控制器•没有软启动–采用固定导通时间(COT)技术执行启动功能通电过程可分为个阶段•开环区–没有信号触发反馈及限流功能–Ton=一如所示Toff=最低断电时间•限流区–已触发限流功能•稳压区–已触发反馈输入–Ton=一如所示–Toff=((VinVout)*Ton)区区区有与没有软启动功能的固定导通时间控制器(续)•有软启动–采用固定导通时间(COT)技术执行软启动功能通电过程可分为个阶段•开环区–没有信号触发反馈及限流功能–Ton=一如所示Toff=最低断电时间•软启动区–Ton=一如所示Toff=((VinVref)*Ton)•稳压区–已触发反馈输入–Ton=一如所示Toff=((VinVout)*Ton)区区由软启动电容器负责提升Vref预偏压操作测试方法外置电源SimpleSwitcher控制器电源电流探头CH电流探头CHSimpleSwitcherController负载波形•输出电压=V•通电电流=A•供电电压=V•外部供电电压=V波形•输出电压=V•通电电流=开放负载•供电电压=V•外部供电电压=V通电电流输出电压外部供电电流波形•输出电压=V•通电电流=A•供电电压=V•外部供电电压=V通电电流外部供电电流输出电压波形•输出电压=V•通电电流=开放负载•供电电压=V•外部供电电压=V通电电流外部供电电流输出电压设计工具•WEBENCH元件计算器(ComponentCalculator)及WebTHERM仿真程序:简单易用、确保可迅速完成设计–可为电路选定不同参数(例如体积、效率、整体表现)以便优化设计–指出需要采用的外置元件–建议采用某几款外置元件(并提供相关链路以便工程师采购)–进行电子及热能模拟测试–可以选用BuildIt!的套件订购服务订购度身订造的建模套件(套件会尽快送到客户手中)WEBENCH在线设计工具其他设计工具•Excel计算器工具–快速启动指南外置元件计算器–MOSFET选择器FET计算器–可以优化设计提高设计的灵活性•评估电路板–有个版本可供选择•输出电压(Vout)=V开关频率(fsw)=kHz、kHz、kHz•应用笔记–提供更多有关固定导通时间、仿纹波模式及设计方面的技术资料让工程师可以提高系统性能•参考设计–含全方位的解决方案其中包括外置元件计算数字物料清单及线路设计–演示电路板整个设计只需极少元件•Gerber及印制电路板电路布局文件Excel计算器工具:提高设计的灵活性以及按照客户要求优化设计MOSFET选择器=FET计算器快速应用指南=外置元件计算器SimpleSwitcher控制器的快速启动指南提供全面解决方案的全套设计工具选择选择外置元件外置元件进行进行模拟测试模拟测试电路板电路板线路布局线路布局WEBENCH•电路计算器•开列物料清单或快速启动指南及MOSFET选择器•元件计算器可以进行复杂的计算确保不同设计参数可以取得平衡以便优化设计及提高设计灵活性或参考设计•针对应用挑选元件并开列物料清单及提供参考设计WEBENCH•电子仿真测试•热仿真WEBENCH•制作电路板或提供Gerber印制电路板线路布局文件•体积最小的线路布局•功能齐备的线路布局电路板电路板性能评估性能评估WEBENCH•制作电路板或评估电路板内容纲要SimpleSwitcher控制器的特点:•美国国家半导体不断扩大SIMPLESWITCHER芯片系列的产品阵容最新推出的SIMPLESWITCHER控制器芯片可以支持高电流的应用•容易使用同时系统发挥卓越的性能及效率–符合PowerWise要求的能源效率指标驱动大电流负载效率极高–设有仿纹波模式的固定导通时间稳压功能为供电系统提供一个性能卓越、稳定可靠、而又容易设计的解决方案–只需极少元件、有助缩小方案体积–WEBENCH网页提供全套在线及离线的设计工具采用PowerWiseSimpleSwitcher控制器简化负载点电源系统设计SimpleSwitcher控制器何谓SimpleSwitcher控制器固定导通时间及仿纹波控制基本的PWM直流直流转换器迟滞降压稳压器基本结构固定导通时间(COT)迟滞稳压器工作频率与输入电压之间的关系(连续导电模式)仿纹波模式(ERM)简介仿纹波模式(ERM)背后的运作原理仿纹波模式工作原理图仿纹波模式控制方式的不同波形比较仿纹波模式(ERM)固定导通时间技术具有多项优点产品规格与特点SimpleSwitcher控制器简介SimpleSwitcher控制器的结构框图固定输出电压SimpleSwitcher控制器简介产品的结构框图效率曲线图SIMPLESWITCHER控制器特色优点软启动采用固定导通时间技术执行软启动功能有与没有软启动功能的固定导通时间控制器有与没有软启动功能的固定导通时间控制器(续)预偏压操作测试方法波形波形波形波形设计工具WEBENCH在线设计工具其他设计工具Excel计算器工具:提高设计的灵活性以及按照客户要求优化设计提供全面解决方案的全套设计工具内容纲要SimpleSwitcher控制器的特点:

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