量化DCDC 转换器宽 VIN 的电路方案

在设计电源时，设计人员经常面临的挑战之一是处理电压瞬变。保护电路免受大于集成电路 (IC)额定输入电压 (V IN ) 的电压尖峰的影响非常重要。在处理电压瞬变时，设计人员可以选择在系统前端使用 DC/DC 转换器，该转换器具有足够宽的输入电压范围以覆盖任何瞬变，或者使用具有额外钳位电路的较低 V IN DC/DC 转换器提供瞬态保护。

乍一看，似乎选择第一种解决方案，即具有 36V 或 60V 宽 V IN输入额定值的 DC/DC 转换器更昂贵，因为 1ku 的价格高于具有较低电压输入额定值的转换器。但是，较低 V IN转换器的瞬态保护所需的额外电压钳位电路可能会增加 10 到 12 个外部组件，这将增加材料清单 (BOM) 数量和成本以及解决方案尺寸。在这篇文章中，我将比较 SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 V IN 3A 降压转换器与具有用于吸收浪涌电压的附加钳位电路 的可比 17 V IN 3A 转换器解决方案的解决方案尺寸和成本。

图 1：用于钳位输入电压的分立解决方案

图 1 中的示意图是一个分立解决方案示例，用于在 IC 的额定电压低于最大输入尖峰时钳位输入电压。该解决方案使用 LMV431 并联稳压器和 NPN 晶体管作为控制电路。P 沟道场效应晶体管 (PFET) 承载通过电流，并随着 V IN浪涌而增加电压降，从而承担增加的功率损耗并保护 DC/DC 转换器。有关该技术的更多详细信息，请参见应用说明“汽车负载突降的过压保护电路”。

如图 1 所示，该输入钳位控制电路和 PFET 为解决方案增加了 13 个额外的外部组件。如图 2 所示，根据在线发布的 1ku 数量，这 13 个外部组件将使总成本增加 1.19 美元。17 V IN、 3A 转换器的解决方案成本可能约为 1.62 美元，使用 1ku 数量定价为 0.96 美元，包括电感器、电容器和电阻器等外部元件的成本。这使得使用 17 V IN降压转换器和钳位电路的总解决方案成本约为 1.62 美元 + 1.19 美元 = 2.81 美元。此外，控制电路和 PFET使较低 V IN解决方案的解决方案尺寸增加了大约 210 mm 2。一个 17 V IN，3A转换器可能在100 mm 2左右，这使得整个解决方案尺寸为100 mm 2 +250 mm 2 = 350 mm 2。

图 2：控制电路成本明细

另一种选择是使用具有更宽输入电压范围的 DC/DC 转换器来覆盖最大 V IN尖峰，例如 SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 V IN、3A 同步降压转换器。使用像 LM43603 这样的宽 V IN器件，设计人员可以消除额外的钳位电路，从而节省时间、成本和电路板空间。LM43603 的总解决方案成本约为 2.51 美元，使用已公布的 1ku 批量价格为 1.85 美元，其中包括电感器、电阻器和电容器等外部元件的成本。这意味着使用更宽的 V IN LM43063 可节省 0.30 美元或约 12%：2.51 美元对 2.81 美元。当我们查看解决方案大小时，好处会增加。LM43603 的总解决方案尺寸约为 250 mm2比之前的解决方案小约 24% 或 60 mm 2 。

像LM43603这样的宽输入电压解决方案的另一个好处是提高了可靠性。正如我在之前的帖子中更详细地谈到的那样，添加额外的外部组件会给系统带来额外的风险。最可靠的解决方案是外部组件数量最少的最简单解决方案，因为它降低了一个组件发生故障的风险。提高可靠性非常重要，尤其是在某些汽车和工业应用的恶劣条件下。此外，设计额外的钳位控制电路会为设计周期增加大量工作。使用控制电路和 PFET 意味着我们必须再选择 12 个外部组件并运行额外的测试和模拟以确保其正常工作。当我们能够获得具有更宽 V IN范围、更低系统成本和更高可靠性的稳压器时，为什么还要付出这些努力呢？

当然，定价和解决方案的规模可能会因供应商和供应商之间的数量和合同以及设计布局而有很大差异。使用宽 V IN解决方案节省的尺寸和成本百分比同样会有所不同。然而，我希望这个分析表明，尽管 1ku 的前期价格较高，但像 LM43603 这样的宽输入电压解决方案可以在处理输入电压瞬变时节省解决方案成本、电路板空间和设计时间。