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仿電流模式穩壓器簡化電源供應系統設計

上網時間: 2007年03月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:NS  穩壓器  仿電流模式  Emulated Current Mode  ECM 

美國國家半導體(National Semiconductor,NS)最近發佈6款SIMPLE SWITCHER系列的高頻降壓穩壓器,並表示已在新元件中採用了正在申請專利的仿電流模式(Emulated Current ModeECM)技術,據稱能簡化DC-DC電源供應系統的設計,搭配線上設計工具WEBENCH,能為每個設計節省40~60個小時的工程時間。

開關電源通常採用電壓模式或電流模式進行控制。電壓模式的優勢在於良好的抗擾性與低工作週期(duty cycle);電流模式則具備良好的線性抑制、負載暫態響應與簡單的迴路補償等特性。不過,“仿電流模式結合了這兩者的所有優勢,”NS電源管理產品行銷總監Mark Davidson表示。

透過測量電感電壓與建立電流漣波,以及量測二極體電流,仿電流模式控制技術可模擬電感電流波形,而後再利用這些模擬訊號進行電流模式控制。Davidson表示,與傳統的電流模式相較,仿電流模式具備更良好的抗雜訊干擾能力。由於模擬的降壓開關電流訊號是模擬斜波電流與剛好在開關切換前取樣的二極體電流兩者相加的總和,因此,只要避免直接測量降壓開關電流,便可將開關雜訊的干擾減至最少,但又能利用電流模式控制的優點。

新推出的穩壓器包含0.5A的LM5574、LM25574;1.5A的LM5575、LM25575及3.0A的LM5576、LM25576。其中LM5574/5/6輸入電壓範圍為6V~75V,可調節開關頻率介於50kHz~500kHz之間。LM25575/6/7輸入電壓範圍為6V~42V,可調節開關頻率介於50kHz~1MHz之間。

LM5574內建75V、750mΩ的N通道MOSFET,LM25574內建42V的N通道MOSFET,兩款晶片均採用16接腳TSSOP封裝。LM5575內建75V、330mΩ的N通道MOSFET;LM25575內建42V的N通道MOSFET,兩款晶片均採用無掩蔽焊墊的16接腳TSSOP封裝。另一款LM5576內建75V、170mΩ的N通道MOSFET,而LM25576晶片則內建42V的N通道MOSFET,兩款晶片都採用無掩蔽焊墊的20接腳TSSOP封裝。

這些元件均採用了ECM技術,在工作週期較低的系統中,可實現較傳統電流模式控制更好的負載暫態響應。Davidson以LM5576為例指出,在輸入電壓為24V、輸出電壓為5V條件下,其暫態輸出<50mV。另外,新元件的最小導通時間也較採用傳統電梳模式控制的競爭元件大幅減小。

NS表示,這幾款穩壓器都設有頻率同步接腳,讓同一系列的不同型號晶片可以自動同步作業或調整至與外部時脈同步,以減少電磁干擾。這些穩壓器還設有每周期電流限幅、短路保護及過熱停機等功能。

SIMPLE SWITCHER是NS在1989年推出的穩壓器系列,目前型號已達500多款。Davidson引述Beacon Technology Partners在2006年1月所做的調查指出,目前在電子設計中採用該系列穩壓器的比例已達到64%,顯示在上市時程的壓力下,工程師正迫切需要能協助減輕其設計壓力的更高性能產品。

隨著電子產品不斷要求低功耗與更快的上市時程,電源供應器的設計也愈形複雜。“在一般的電子產品開發流程中,電源供應器的設計往往在後期進行,因為整個系統所需的供電量通常要在設計後期才能確定。這意味著在有限的設計時限中,電源供應器的設計時間正愈來愈緊湊,”Davidson說。

為提升電源系統設計效能,NS正不斷完善其WEBENCH線上設計工具,“任何工程師,包括經驗豐富的電源供應系統設計工程師在內,只要使用WEBENCH,都可以在一分鐘內完成包括建模、最佳化及分析在內的整個設計程序,”NS電源管理產品部產品總監Mal Humphrey表示。此外,WEBENCH也提供了線上電氣與熱能分佈模擬工具,以及BuildIt!電源供應器建模工具,以驗證設計方案的測試結果。


在輸出電壓為5V時,LM5576評估板的效率表現。

作者:鄧榮惠




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