第四代SIMPLE SWITCHER开关稳压器产品介绍
时间：2007-04-22 22:17:00
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[导读]美国国家半导体推出了除”简单易用”外，还能提供多种输出电流的第四代SIMPLE SWITCHER® 产品组。
美国国家半导体推出了除”简单易用”外，还能提供多种输出电流的第四代SIMPLE SWITCHER® 产品组。本产品组具有良好的功能及设计自由度，支持设计工程师们使用它们设计出所需要的尺寸、EMI及输入精确度的最佳电源装置，同时，通过WEBENCH® 可以缩短产品上市时间。
背景
驱动电路需要电源IC。为了选择电源IC，电源设计工程师们一般选择输入电压、输出电压和输出电流后根据热效率来考虑选择线性稳压器还是选择开关稳压器。
如果电路比较简单，而且对于效率没有要求时，可以选择线性稳压器，而对于效率高并且需要具有高密度电源的空间时应选择开关稳压器。但是，由于线性稳压器在低压情况下存在过度发热及效率低等问题，因此开始逐渐向开关稳压器转移。
同时，开关稳压器在低输出电压，高效率的要求下发展出采用同步整流方式的开关稳压器，所以，电路变得复杂，设计上也出现了一些问题。尤其是在机器的小型化过程中，电源电路也要求节省空间，包括周边产品在内，为了实现小型化，开关频率也向高频率方向发展。
为了继续高频率化以及芯片的小型化并且能够更简单地进行设计，电源集成电路的制造商推出了内置FET的开关稳压器。同时，因周边部件的内置，也保证了产品的小型化，设计成专用的FET内装，设计容易了许多。也就是说小型化及设计容易方面达到了两全其美的效果。
同时，又出现了叫做内装同步整流开关FET的SIMPLE SWITCHER—电源IC，所以，很容易使用能支持从50KHz到 1MHz之间的高速开关频率的同步整流型开关稳压器。
何为SIMPLE SWITCHER
SIMPLE SWITCHER是美国国家半导体所开发的新概念转换器。SIMPLE SWITCHER可分为， 工作在52KHz的第一代， 工作在150KHz的第二代， 工作在260KHz并且具有同步引脚的第三代，能支持到1MHz，并且在所有产品中都有同步引脚的第四代等。
第四代SIMPLE SWITCHER是在输入为6V~45V/75V下，输出电流达到0.5A， 1.5A， 3A的产品。计划在日后生产出可达到支持5A的产品时，如果有多通道负荷出现也能全部承受。当数字设备中需要多个的电源器件全都嵌在一个芯片中时，所支持的电源通道也需要那么多。
之所以提高开关频率，是因为可以缩小周边元件的尺寸。在同样的3A输出中，开关的频率从50kHz提高到 1MHz时，线圈的大小从100uH缩小到 10uH。这样，器件的尺寸将大幅下降，电源电路的空间也明显地减少。但是，由于无法再提高门驱动的电流量，所以频率范围将无法无限提高。同时，在提高频率后噪音特性变坏。
SIMPLE SWITCHER是美国国家半导体的注册商标，是将在开关稳压器电路中必需的FET及 PWM单元集成在一个芯片里的电源集成电路。这两个单元分离后称为控制器。过去，因为需要使用其它的外围部件，电路变得很复杂。而在采用SIMPLE SWITCHER后，只需要选择适合于所需用途的器件即可实现。
美国国家半导体所提供的在线仿真提供了SIMPLE SWITCHER的选择及电路的构成，由于从部件选择到参考电路都能够提供，所以即使非电源专业工程师们也可以按其应用要求设计电源电路。
SIMPLE SWITCHER 特征
美国国家半导体公司从1989年开始，以SIMPLE SWITCHER产品的性能和封装、电压及电流多样性为重点持续进行了多样化工作，现能提供500多种丰富的SIMPLE SWITCHER产品。所有的产品可以通过在线 WEBENCH 电源供应系统设计软件来方便快捷的使用。美国国家半导体的在线设计环境提供SIMPLE SWITCHER产品组能用于DC-DC转换器设计的完整的设计环境。
最近发表的6个产品属于新的SIMPLE SWITCHER稳压器系列
上述 6 款芯片是 SIMPLE SWITCHER 稳压器系列的最新型号产品。0.5A 的 LM5574、1.5A 的 LM5575 及 3.0A 的 LM5576 等三款降压稳压器都有极广阔的输入电压范围 (6V 至 75V)，而开关频率都可调节，范围则介于 50kHz 与 500kHz 之间。0.5A 的 LM25574、1.5A 的 LM25575 及 3.0A 的 LM25576 等三款降压稳压器都有广阔的输入电压范围 (6V 至 42V)，而开关频率都可调节，范围则介于 50kHz 与 1MHz 之间。
LM5574 芯片内置 75V、750 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25574 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用 16 引脚的 TSSOP 封装。LM5575 芯片内置 75V、330 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25575 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用有辅助散热焊盘的 16 引脚 TSSOP 封装。LM5576 芯片内置 75V、170 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25576 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用有辅助散热焊盘的 20 引脚 TSSOP 封装。
特别是新型SIMPLE SWITCHER采用的的模拟电流模式控制技术 (ECM) 功能通过输入输出压差模拟电感电流以达到精确控制的目的。所以能提供比其他公司产品更低更精确的1.225V输出电压。是没有ECM功能就不能实现的性能。
一般的，在大的输入输出压差条件下，如果要降低输出电压就必须降低频率，但是美国国家半导体的ECM功能可以实现提高频率且降低输出电压。
电路分析
《图1》SIMPLE SWITCHER的产品及略图
从图1的电路(LM5576标准)中各器件的功能来看，
C1: 稳压器电源电压，为了减小输入电源的阻抗，优质的输入电容器(Capacitor)用于VIN 端的纹波电压控制，在工作期间提供大部分的开关电流。打开降压稳压器，进入VIN 端的电流从电感器电流波形的低值上升至最高值。然后，关闭状态下下降至谷底。工作期间内， VIN的平均电流为负载电流。输入电容(Capacitance)由RMS额定电流和最大的纹波电压来选择。建议采用低等效串联电阻(ESR) 陶瓷电容器为了实现电容公差和电压效果，会使用2.2μF/100V 陶瓷电容器。
C2: 输出电容，C2消除电感器纹波，提供过载状态的放电电源。为了这个设计，会选择22μF陶瓷电容器。陶瓷电容器会提供低等效串联电阻(ESR)，降低输出纹波电压和噪音干扰。
D1:所有LM5576 应用要求使用肖特基类型的续流二极管。超高速二极管不会被推荐，因为反向恢复电流会引起对IC的破坏。理想的反向恢复特性和低正向压降是对于降压稳压器高输入电压和低输出应用特别重要的二极管特性。反向恢复特性在降压开关被打开时决定浪涌电流在各周期能维持多久。
肖特基二极管的反向恢复特点，可将在各周期的导通（turn on）期间发生的降压开关中瞬间尖峰电流降低为最小。其结果是降压开关变换引起的损失在使用肖特基二极管的时候大大减少。
L1: 电感器值由工作频率、负荷电流、纹波电流、最小及最大输入电压(VIN(min), VIN(max))值决定。在连续导通模式（CCM）中，最大的纹波电流IRIPPLE应小于最小负荷电流的2倍。这里31uH程度较适合。
WEBENCH设计程序
WEBENCH设计程序是美国国家半导体为了用户所提供的在线设计程序。任何需要电源电路的人都可以在线进行设计并获得想要的结果。其最大的优点就是使用方便。在新版本中，包括SIMPLE SWITCHER在内，可以设计的产品数量已经有了大幅度地增长。
想要设计含有SIMPLE SWITCHER的电源电路时，
1） 设计人员在WEBENCH上键入输入电压、输出电压/电流等。
2） 如果出现最合理的部件时，即可选择。
3） 利用键入功能详细地输入热特性、尺寸、效率等内容。
4） 输出已经考虑好电特性的最佳电路
5） 输出已经考虑好电特性的板设计图。
6） 通过WebSIM进行模拟试验。
7） 订制在线原型。
8） 48小时内，能从公司收到原型
应用
SIMPLE SWITCHER是以为POL稳压器生成低电压分散通道或如同运算放大器的偏置电压、内装程序、内存及具有高输入电压的产品为目标。
《参考》
1) www.national.com 主页，
2) “Step down switching regulator”， Preliminary JAN 2007
3)SIMPLE SWITCHER应用程序信息
4) SIMPLE SWITCHER报道材料
5)SIMPLE SWITCHER介绍资料
背景
驱动电路需要电源IC。为了选择电源IC，电源设计工程师们一般选择输入电压、输出电压和输出电流后根据热效率来考虑选择线性稳压器还是选择开关稳压器。
如果电路比较简单，而且对于效率没有要求时，可以选择线性稳压器，而对于效率高并且需要具有高密度电源的空间时应选择开关稳压器。但是，由于线性稳压器在低压情况下存在过度发热及效率低等问题，因此开始逐渐向开关稳压器转移。
同时，开关稳压器在低输出电压，高效率的要求下发展出采用同步整流方式的开关稳压器，所以，电路变得复杂，设计上也出现了一些问题。尤其是在机器的小型化过程中，电源电路也要求节省空间，包括周边产品在内，为了实现小型化，开关频率也向高频率方向发展。
为了继续高频率化以及芯片的小型化并且能够更简单地进行设计，电源集成电路的制造商推出了内置FET的开关稳压器。同时，因周边部件的内置，也保证了产品的小型化，设计成专用的FET内装，设计容易了许多。也就是说小型化及设计容易方面达到了两全其美的效果。
同时，又出现了叫做内装同步整流开关FET的SIMPLE SWITCHER—电源IC，所以，很容易使用能支持从50KHz到 1MHz之间的高速开关频率的同步整流型开关稳压器。
何为SIMPLE SWITCHER
SIMPLE SWITCHER是美国国家半导体所开发的新概念转换器。SIMPLE SWITCHER可分为， 工作在52KHz的第一代， 工作在150KHz的第二代， 工作在260KHz并且具有同步引脚的第三代，能支持到1MHz，并且在所有产品中都有同步引脚的第四代等。
第四代SIMPLE SWITCHER是在输入为6V~45V/75V下，输出电流达到0.5A， 1.5A， 3A的产品。计划在日后生产出可达到支持5A的产品时，如果有多通道负荷出现也能全部承受。当数字设备中需要多个的电源器件全都嵌在一个芯片中时，所支持的电源通道也需要那么多。
之所以提高开关频率，是因为可以缩小周边元件的尺寸。在同样的3A输出中，开关的频率从50kHz提高到 1MHz时，线圈的大小从100uH缩小到 10uH。这样，器件的尺寸将大幅下降，电源电路的空间也明显地减少。但是，由于无法再提高门驱动的电流量，所以频率范围将无法无限提高。同时，在提高频率后噪音特性变坏。
SIMPLE SWITCHER是美国国家半导体的注册商标，是将在开关稳压器电路中必需的FET及 PWM单元集成在一个芯片里的电源集成电路。这两个单元分离后称为控制器。过去，因为需要使用其它的外围部件，电路变得很复杂。而在采用SIMPLE SWITCHER后，只需要选择适合于所需用途的器件即可实现。
美国国家半导体所提供的在线仿真提供了SIMPLE SWITCHER的选择及电路的构成，由于从部件选择到参考电路都能够提供，所以即使非电源专业工程师们也可以按其应用要求设计电源电路。
SIMPLE SWITCHER 特征
美国国家半导体公司从1989年开始，以SIMPLE SWITCHER产品的性能和封装、电压及电流多样性为重点持续进行了多样化工作，现能提供500多种丰富的SIMPLE SWITCHER产品。所有的产品可以通过在线 WEBENCH 电源供应系统设计软件来方便快捷的使用。美国国家半导体的在线设计环境提供SIMPLE SWITCHER产品组能用于DC-DC转换器设计的完整的设计环境。
最近发表的6个产品属于新的SIMPLE SWITCHER稳压器系列
上述 6 款芯片是 SIMPLE SWITCHER 稳压器系列的最新型号产品。0.5A 的 LM5574、1.5A 的 LM5575 及 3.0A 的 LM5576 等三款降压稳压器都有极广阔的输入电压范围 (6V 至 75V)，而开关频率都可调节，范围则介于 50kHz 与 500kHz 之间。0.5A 的 LM25574、1.5A 的 LM25575 及 3.0A 的 LM25576 等三款降压稳压器都有广阔的输入电压范围 (6V 至 42V)，而开关频率都可调节，范围则介于 50kHz 与 1MHz 之间。
LM5574 芯片内置 75V、750 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25574 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用 16 引脚的 TSSOP 封装。LM5575 芯片内置 75V、330 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25575 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用有辅助散热焊盘的 16 引脚 TSSOP 封装。LM5576 芯片内置 75V、170 m-Ohm 的 N 通道 MOSFET，而 LM25576 芯片则内置 42V 的 N 通道 MOSFET，这两款芯片都采用有辅助散热焊盘的 20 引脚 TSSOP 封装。
特别是新型SIMPLE SWITCHER采用的的模拟电流模式控制技术 (ECM) 功能通过输入输出压差模拟电感电流以达到精确控制的目的。所以能提供比其他公司产品更低更精确的1.225V输出电压。是没有ECM功能就不能实现的性能。
一般的，在大的输入输出压差条件下，如果要降低输出电压就必须降低频率，但是美国国家半导体的ECM功能可以实现提高频率且降低输出电压。
电路分析
《图1》SIMPLE SWITCHER的产品及略图
从图1的电路(LM5576标准)中各器件的功能来看，
C1: 稳压器电源电压，为了减小输入电源的阻抗，优质的输入电容器(Capacitor)用于VIN 端的纹波电压控制，在工作期间提供大部分的开关电流。打开降压稳压器，进入VIN 端的电流从电感器电流波形的低值上升至最高值。然后，关闭状态下下降至谷底。工作期间内， VIN的平均电流为负载电流。输入电容(Capacitance)由RMS额定电流和最大的纹波电压来选择。建议采用低等效串联电阻(ESR) 陶瓷电容器为了实现电容公差和电压效果，会使用2.2μF/100V 陶瓷电容器。
C2: 输出电容，C2消除电感器纹波，提供过载状态的放电电源。为了这个设计，会选择22μF陶瓷电容器。陶瓷电容器会提供低等效串联电阻(ESR)，降低输出纹波电压和噪音干扰。
D1:所有LM5576 应用要求使用肖特基类型的续流二极管。超高速二极管不会被推荐，因为反向恢复电流会引起对IC的破坏。理想的反向恢复特性和低正向压降是对于降压稳压器高输入电压和低输出应用特别重要的二极管特性。反向恢复特性在降压开关被打开时决定浪涌电流在各周期能维持多久。
肖特基二极管的反向恢复特点，可将在各周期的导通（turn on）期间发生的降压开关中瞬间尖峰电流降低为最小。其结果是降压开关变换引起的损失在使用肖特基二极管的时候大大减少。
L1: 电感器值由工作频率、负荷电流、纹波电流、最小及最大输入电压(VIN(min), VIN(max))值决定。在连续导通模式（CCM）中，最大的纹波电流IRIPPLE应小于最小负荷电流的2倍。这里31uH程度较适合。
WEBENCH设计程序
WEBENCH设计程序是美国国家半导体为了用户所提供的在线设计程序。任何需要电源电路的人都可以在线进行设计并获得想要的结果。其最大的优点就是使用方便。在新版本中，包括SIMPLE SWITCHER在内，可以设计的产品数量已经有了大幅度地增长。
想要设计含有SIMPLE SWITCHER的电源电路时，
1） 设计人员在WEBENCH上键入输入电压、输出电压/电流等。
2） 如果出现最合理的部件时，即可选择。
3） 利用键入功能详细地输入热特性、尺寸、效率等内容。
4） 输出已经考虑好电特性的最佳电路
5） 输出已经考虑好电特性的板设计图。
6） 通过WebSIM进行模拟试验。
7） 订制在线原型。
8） 48小时内，能从公司收到原型
应用
SIMPLE SWITCHER是以为POL稳压器生成低电压分散通道或如同运算放大器的偏置电压、内装程序、内存及具有高输入电压的产品为目标。
《参考》
1) www.national.com 主页，
2) “Step down switching regulator”， Preliminary JAN 2007
3)SIMPLE SWITCHER应用程序信息
4) SIMPLE SWITCHER报道材料
5)SIMPLE SWITCHER介绍资料
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