基于模擬電流模式的SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器

摘要： 本文簡(jiǎn)述新型SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器和模擬電流模式控制技術(shù)，以及WEBENCH網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具。
關(guān)鍵詞： 穩(wěn)壓器；SIMPLE SWITCHER；ECM；WEBENCH設(shè)計(jì)工具

    現(xiàn)在，對(duì)電源功耗、效率、外型尺寸、成本、上市時(shí)間等提出更高和更苛刻的要求，而設(shè)計(jì)裕量越來(lái)越少、往往在設(shè)計(jì)的最后階段還要修改設(shè)計(jì)，這使得電源系統(tǒng)必須采用更先進(jìn)的技術(shù)。為此，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出6款全新的高性能、設(shè)計(jì)靈活、容易使用的SIMPLE SWITCHER高頻降壓穩(wěn)壓器，同時(shí)為了使新產(chǎn)品獲得更好的設(shè)計(jì)支持，該公司進(jìn)一步加強(qiáng)WEBENCH設(shè)計(jì)工具的內(nèi)容，使用戶在更理想的設(shè)計(jì)支持下迅速完成DC/DC電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

全新的SIMPLE SWITCHER高頻降壓穩(wěn)壓器

    6款新型號(hào)SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器具有下列特性：
*寬輸入電壓范圍(6V~75V)；
*輸出電壓最低可達(dá)1.225V；
*輸出電流高達(dá)3A(LM25576，LM5576)；
*開(kāi)關(guān)頻率(50KHz~1MHz)可調(diào)；
*良好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)；
*可靠的過(guò)流保護(hù)以及過(guò)熱停機(jī)等功能。

    這幾款新型穩(wěn)壓器的一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例示于圖1。LM25576是6款新型穩(wěn)壓器中的一種，其輸入電壓范圍6V~42V，可調(diào)的輸出電壓可低到1.225V，用單個(gè)電阻器可調(diào)節(jié)工作頻率在50KHz~1MHz，具有主或從頻率同步，可調(diào)的軟啟動(dòng)，內(nèi)置保護(hù)，采用模擬電流模式(Emulated Current Mode-EMC)控制結(jié)構(gòu)。

圖1　LM25576應(yīng)用電路

模擬電流模式(ECM)控制

    新型SIMPLE SWITCHER穩(wěn)壓器是基于已注冊(cè)專利的模擬電流模式控制(ECM)結(jié)構(gòu)。

    大多數(shù)傳統(tǒng)的電流模式穩(wěn)壓器是通過(guò)控制FET的導(dǎo)通電流來(lái)測(cè)量電感器電流。而ECM是在控制FET即將恢復(fù)導(dǎo)通前測(cè)量續(xù)流二極管的電流(圖2)，然后，取樣/保持電路捕獲此信號(hào)，穩(wěn)壓器的內(nèi)置時(shí)鐘選通取樣/保持電路。保持二極管電流信號(hào)，然后導(dǎo)通控制FET。此后，1個(gè)小的電流源開(kāi)始充電斜波電容器，電容器所選值與電感器值成比例。充電電流正比于輸入和輸出差值電壓。因此，電容器的斜波電壓斜率正比于電感器電流斜波。當(dāng)把斜波電壓加到上述的取樣電流測(cè)量中時(shí)，結(jié)果是1個(gè)梯形波形，這完全像控制FET的電流波形去除所有常見(jiàn)的非理想形狀。這使得ECM能精確地控制非常窄的導(dǎo)通脈沖，這對(duì)于穩(wěn)壓器工作在大降壓比的條件下是一個(gè)非常有價(jià)值的特性。

圖2　ECM控制結(jié)構(gòu)

    ECM控制集電壓模式與電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有如下特點(diǎn)：
·良好的瞬態(tài)響應(yīng)；
·可工作在極低占空比；
·良好的抗噪聲干擾能力；
·良好的線路噪聲抑制能力；
·利用WEBENCH網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具模擬簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償。

WEBENCH網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具

    美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的WEBENCH網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具為SIMPLE　SWITCHER穩(wěn)壓器提供設(shè)計(jì)支持。工程師利用這種網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具可以在很短時(shí)間內(nèi)完成包括建模、優(yōu)化及分析在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。WEBENCH設(shè)計(jì)工具是一套完善的軟件解決方案，包含挑選器件、建立設(shè)計(jì)、分析設(shè)計(jì)、建模(圖3)，這包括選擇元器件、選擇最佳方案、產(chǎn)生電路圖/電氣特性分析、PCB設(shè)計(jì)圖/熱能分布分析等。圖4示出該設(shè)計(jì)工具的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

圖3　WEBENCH網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具

圖4　WEBENCH設(shè)計(jì)工具應(yīng)用實(shí)例

參考文獻(xiàn)：
1.  http://www.national.com/pf/LM/LM25576.html
2.  Switcher.national.com
3.  “Added flexibility improves monolithic buck regulator designs”,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體