1.前言

大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換器實(shí)施的核心是效率和功率密度之間 不可避免的權(quán)衡。然而，具有獨(dú)特電源解決方案要求的新應(yīng)用正在形成。許多設(shè)計(jì)人員選擇使用兼具性能和靈活性的降壓控制器來(lái)利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和驗(yàn)證的電源解決方案。

考慮到工業(yè)和通信應(yīng)用，兩個(gè)關(guān)鍵性能屬性是：

· 寬輸入電壓 (V IN ) 范圍可實(shí)現(xiàn)大降壓比、高可靠性和低解決方案成本。

· 具有設(shè)計(jì)工具支持的靈活、易于使用的設(shè)計(jì)，可加快設(shè)計(jì)速度并縮短上市時(shí)間。

2.寬 V IN范圍

具有寬 V IN范圍和低最小導(dǎo)通時(shí)間（也稱為TON-min）的控制器有助于實(shí)現(xiàn)較大的輸入到輸出電壓差以及從標(biāo)稱 24V、28V、48V 或 60V 總線到用于降低系統(tǒng)復(fù)雜性和低解決方案成本的低電壓輸出。以圖 1 所示的同步降壓控制器電路為例。

圖 1：具有 300kHz 時(shí) 12V、5A 輸出的寬VIN同步降壓控制器解決方案的示意圖

寬 V IN控制器旨在從高 V IN源或受高壓瞬變影響的輸入軌進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大限度地減少對(duì)外部浪涌抑制組件的需求，從而在不犧牲可靠性的情況下減小解決方案尺寸和成本。這種超大額定電壓提供了更高的工作裕度和瞬態(tài)抗擾性能，這對(duì)于需要延長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期的應(yīng)用而言至關(guān)重要，例如通信、工業(yè)、醫(yī)療和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

圖 2 顯示了圖 1 中穩(wěn)壓器的效率圖。對(duì)于此測(cè)量，LM5145 的 VCC 由VOUT供電，以降低偏置功耗并提高輕負(fù)載效率。此外，集成的 7.5V 柵極驅(qū)動(dòng)器可減少 MOSFET 死區(qū)時(shí)間和體二極管反向恢復(fù)損耗，從而提高重負(fù)載時(shí)的效率。

圖 2：在輕負(fù)載下啟用輸出衍生偏置電源和非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 的同步降壓穩(wěn)壓器效率

3.易用性

為了彌合易用性和高性能電源轉(zhuǎn)換集成電路 (IC) 之間的鴻溝，TI 提供了一系列電源設(shè)計(jì)工具，包括WEBENCH 、PSPICE 仿真模型和TI Designs參考設(shè)計(jì)庫(kù) 。鑒于高性能解決方案固有的組件相互依賴性和權(quán)衡，特定于 IC 的快速啟動(dòng)計(jì)算器是另一個(gè)方便的工具，可加快和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。例如，圖 3 中基于 Excel 的控制器設(shè)計(jì)工具的屏幕截圖說(shuō)明了 LM25145 500kHz 降壓穩(wěn)壓器解決方案的分步設(shè)計(jì)流程，其輸出額定值為 5V 和 20A。該LM25145快速開(kāi)發(fā)指南應(yīng)用 是可以免費(fèi)下載。

圖 3：降壓控制器快速啟動(dòng)計(jì)算器——根據(jù)輸入和計(jì)算的元件值自動(dòng)填充原理圖

圖 3 中的步驟 1 使用戶能夠輸入輸入電壓范圍、輸出電壓、滿載電流和開(kāi)關(guān)頻率的規(guī)格。步驟 2 考慮降壓電感選擇，步驟 3 考慮過(guò)流保護(hù)。圖 4 中顯示的后續(xù)設(shè)計(jì)步驟有助于輸入和輸出電容、軟啟動(dòng)、欠壓鎖定和環(huán)路補(bǔ)償組件的選擇。

圖 4：LM25145 快速啟動(dòng)計(jì)算器，帶有波特圖、效率和組件功率損耗分析

根據(jù)為功率 MOSFET 和無(wú)源元件輸入的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，圖 4 還顯示了預(yù)測(cè)的波特圖和穩(wěn)壓器效率掃描。 LM25145同步降壓直流-直流控制器旨在對(duì)會(huì)發(fā)生高壓瞬變的高輸入電壓源或輸入電源軌的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。 這種設(shè)計(jì)可最大限度地減少對(duì)外部浪涌抑制元件的需求。 高邊開(kāi)關(guān)最低導(dǎo)通時(shí)間為40ns，便于實(shí)現(xiàn)較大的降壓比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從24V額定輸入到低電壓軌的直接降壓轉(zhuǎn)換，從而降低系統(tǒng)復(fù)雜性以及解決方案成本。 LM25145可在輸入電壓突降低至6V期間，繼續(xù)以接近100%的占空比工作。 借助該特性，該器件適合用于高性能工業(yè)控制、機(jī)器人、數(shù)據(jù)通信和射頻功率放大器應(yīng)用。LM25145 數(shù)據(jù)表中的第一號(hào)應(yīng)用實(shí)例提供了與此特定設(shè)計(jì)相關(guān)的更多詳細(xì)信息，包括推薦的功率級(jí)組件、工作波形和高密度和低電磁干擾 (EMI) 的印刷電路板 (PCB) 布局指南。

4.結(jié)論

在持續(xù)關(guān)注高轉(zhuǎn)換效率和低總體物料清單成本的同時(shí)，寬 V IN同步降壓控制器與工業(yè)控制和通信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的各種功率級(jí)電路無(wú)縫對(duì)接。LM5145 和 LM25145 系列的占位面積和功能集兼容性，輔以廣泛的穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)工具，在輸出電流范圍為 5A 至 25A 的設(shè)計(jì)中將性能和靈活性結(jié)合在一起。