选择降压稳压器时准确的开关频率和电流限制的重要性

20 多年来，TI 的SIMPLE SWITCHER® LM2576 稳压器一直是 DC/DC 降压稳压的热门选择。但是市场上有这么多不同的监管机构，似乎很难为这项工作选择合适的部分。以下是我们在看似相同的产品之间进行选择时要寻找的内容。

为便于讨论，让我们针对 TI 的 SIMPLE SWITCHER LM2576 评估其他制造商制造的类似引脚对引脚 (P2P) 插入式替代器件。我们将这些类似产品称为“调节器 X”。稳压器 X 的数据表与 TI 稳压器的数据表非常相似。事实上，它可能看起来相同。为了测试稳压器 X 的性能与其规定的关键参数（例如开关频率和电流限制）的匹配程度，TI 的应用工程团队创建了一个定制评估板，以获取 TI 的 40-V、3-A LM2576 的性能和可靠性基准数据降压转换器，以及来自不同制造商的其他三个稳压器 X 设备（我将其称为 Xa、Xb、Xc）。

针对常见 5V OUT应用，对所有四款器件的输入电压和负载电流效率进行了评估。测试在 -40°C、25°C 和 85°C 的温度下进行。还对标称 3A 设备的输出电流一直进行了测试，直至 7A，以揭示性能限制、安全风险和可靠性风险。

测试结果表明，至少有一家制造商的设备以接近设备数据表中规定频率的三倍的频率进行切换。根据制造商的数据表，测得的开关频率为 150 kHz，而器件的额定开关频率为 52 kHz。准确了解器件开关频率对于为我们的设计正确确定外部组件的大小至关重要。如果我们选择的器件的开关频率低于预期，则初级输出电感等外部元件额定值将太小。这可能会导致一系列问题，包括输出电感电流饱和、由于较高的均方根 (RMS) 电流导致的输出电容器损坏以及系统不稳定。如果开关频率高于预期，组件额定值太大，无法针对应用进行充分优化，从而导致电路板空间浪费。不能低估准确了解开关频率的重要性。图 1 显示了一个简单的降压原理图，该原理图使用 PSpice® for TI 工具在不同的开关频率下进行了仿真。PSpice for TI 是一个免费使用的电路仿真平台，允许用户在进行布局和制造之前对 TI 器件进行仿真，从而缩短上市时间并降低开发成本。

图 1：简单的降压仿真原理图

改变脉冲电压源的脉冲宽度和周期以实现三种不同的开关频率：慢（20 kHz 显示为红色）、标称（52 kHz 显示为绿色）和快速（150 kHz 显示为蓝色）。图 2 所示的仿真电感电流波形说明了改变开关频率对电感电流纹波的影响。该电感电流纹波通过输出电容器分流，为负载提供平滑的直流输出电流。表 1 说明了增加的峰峰值电感纹波电流如何导致更高的 RMS 电流通过输出电容器。低开关频率情况下较高的 RMS 电流可能会损坏额定用于标称或快速开关频率情况的输出电容器。

图 2：不同开关频率下电感电流波形的仿真输出

表 1：针对不同开关频率降低输出滤波器电流

测试期间发现的最常见的性能不准确之处在于规定的电流限制与实际的电流限制。高电流限制会在短路条件下导致电感器、二极管和集成电路 (IC) 过热，这会损坏 IC 并阻止其正常工作。这反过来又会阻止最终产品发挥作用。在稳压器 Xa、Xb 和 Xc 的数据表中，规定的最大电流限值为 6.9 A。但在评估过程中，发现稳压器的 Xa、Xb 和 Xc 电流限值实际上在 4.9 A 到 7.5 A 之间；见表 2。

表 2：TI 的 SIMPLE SWITCHER LM2576与替代器件之间的电流限制比较

本文重点介绍了准确了解开关频率和电流限制的重要性，但是在为我们的下一个设计选择降压转换器时，我们如何知道这些参数是准确的呢？我们可以采取以下几个步骤来帮助确保降压转换器设计按预期工作：

1. 仔细检查数据表以确保在器件规格范围内满足设计要求；绝对最大额定值部分和电气特性表是很好的起点。

2. 在 E2E 等在线论坛上发布我们的问题。

3. 请求评估模块 (EVM) 进行测试。