同步降压控制器解决方案支持宽 VIN 性能和灵活性

1.前言

大多数电源转换器实施的核心是效率和功率密度之间 不可避免的权衡。然而，具有独特电源解决方案要求的新应用正在形成。许多设计人员选择使用兼具性能和灵活性的降压控制器来利用经过验证和验证的电源解决方案。

考虑到工业和通信应用，两个关键性能属性是：

· 宽输入电压 (V IN ) 范围可实现大降压比、高可靠性和低解决方案成本。

· 具有设计工具支持的灵活、易于使用的设计，可加快设计速度并缩短上市时间。

2.宽 V IN范围

具有宽 V IN范围和低最小导通时间（也称为TON-min）的控制器有助于实现较大的输入到输出电压差以及从标称 24V、28V、48V 或 60V 总线到用于降低系统复杂性和低解决方案成本的低电压输出。以图 1 所示的同步降压控制器电路为例。

图 1：具有 300kHz 时 12V、5A 输出的宽VIN同步降压控制器解决方案的示意图

宽 V IN控制器旨在从高 V IN源或受高压瞬变影响的输入轨进行调节，最大限度地减少对外部浪涌抑制组件的需求，从而在不牺牲可靠性的情况下减小解决方案尺寸和成本。这种超大额定电压提供了更高的工作裕度和瞬态抗扰性能，这对于需要延长产品生命周期的应用而言至关重要，例如通信、工业、医疗和电机驱动系统。

图 2 显示了图 1 中稳压器的效率图。对于此测量，LM5145 的 VCC 由VOUT供电，以降低偏置功耗并提高轻负载效率。此外，集成的 7.5V 栅极驱动器可减少 MOSFET 死区时间和体二极管反向恢复损耗，从而提高重负载时的效率。

图 2：在轻负载下启用输出衍生偏置电源和非连续导通模式 (DCM) 的同步降压稳压器效率

3.易用性

为了弥合易用性和高性能电源转换集成电路 (IC) 之间的鸿沟，TI 提供了一系列电源设计工具，包括WEBENCH 、PSPICE 仿真模型和TI Designs参考设计库 。鉴于高性能解决方案固有的组件相互依赖性和权衡，特定于 IC 的快速启动计算器是另一个方便的工具，可加快和简化设计过程。例如，图 3 中基于 Excel 的控制器设计工具的屏幕截图说明了 LM25145 500kHz 降压稳压器解决方案的分步设计流程，其输出额定值为 5V 和 20A。该LM25145快速开发指南应用 是可以免费下载。

图 3：降压控制器快速启动计算器——根据输入和计算的元件值自动填充原理图

图 3 中的步骤 1 使用户能够输入输入电压范围、输出电压、满载电流和开关频率的规格。步骤 2 考虑降压电感选择，步骤 3 考虑过流保护。图 4 中显示的后续设计步骤有助于输入和输出电容、软启动、欠压锁定和环路补偿组件的选择。

图 4：LM25145 快速启动计算器，带有波特图、效率和组件功率损耗分析

根据为功率 MOSFET 和无源元件输入的参数进行计算，图 4 还显示了预测的波特图和稳压器效率扫描。 LM25145同步降压直流-直流控制器旨在对会发生高压瞬变的高输入电压源或输入电源轨的电压进行调节。 这种设计可最大限度地减少对外部浪涌抑制元件的需求。 高边开关最低导通时间为40ns，便于实现较大的降压比，进而实现从24V额定输入到低电压轨的直接降压转换，从而降低系统复杂性以及解决方案成本。 LM25145可在输入电压突降低至6V期间，继续以接近100%的占空比工作。 借助该特性，该器件适合用于高性能工业控制、机器人、数据通信和射频功率放大器应用。LM25145 数据表中的第一号应用实例提供了与此特定设计相关的更多详细信息，包括推荐的功率级组件、工作波形和高密度和低电磁干扰 (EMI) 的印刷电路板 (PCB) 布局指南。

4.结论

在持续关注高转换效率和低总体物料清单成本的同时，宽 V IN同步降压控制器与工业控制和通信基础设施应用的各种功率级电路无缝对接。LM5145 和 LM25145 系列的占位面积和功能集兼容性，辅以广泛的稳压器设计工具，在输出电流范围为 5A 至 25A 的设计中将性能和灵活性结合在一起。