穩壓器趨勢

我們知道驅動電路需要電源IC。為了選擇電源IC，設計工程師們一般在選擇輸入電壓、輸出電壓和輸出電流後，會根據熱能來考慮選擇線性穩壓器或是開關穩壓器。

如果電路比較簡單，而且對於效率沒有要求時，可以選擇線性穩壓器，如果要求效率高並且需要具有高密度電源的空間時就應該選擇開關穩壓器。但是，由於線性穩壓器在低壓情況下存在過熱和效率低等問題，因此設計師逐漸向開關穩壓器轉移。

同時，開關穩壓器是在全電壓，高效率的要求下發展成為採用同步整流模式的開關穩壓器，所以，當電路變得複雜時，設計上也會出現一些問題。尤其是在機器的小型化過程中，電源電路也要求節省空間，包括周邊產品在內，為了實現小型化，開關頻率也朝向高頻率方向發展。

為了要持續高頻率化、晶片的小型化，加上能夠更簡單地進行設計，電源IC製造商推出了內建FET的開關穩壓器。同時，因為周邊零組件的內建，也保證了產品的小型化，使得設計過程容易了許多。也就是說可以達到小型化以及設計簡易方面兩全其美的效果。

此時，市場上又出現了稱為內建同步整流開關FET的Simple Switcher電源IC，所以，使用上很容易就能夠支援從50Khz到 1MHz之間的高速開關頻率的同步整流型開關穩壓器。

產品範例

Simple Switcher是NS所開發的第四代新概念進階型變流器。Simple Switcher可分為，能支援50KHz以下的第一代，能支援150KHz以下的第二代，能支援260KHz以下並且具有同步接腳的第三代，能支援到1MHz，並且在所有產品中都安裝有同步接腳的第四代等。

第四代Simple Switcher是在輸入為6V～45V/75V下，輸出電流達到1.225V/0.5A、1.5A、3A的產品。計畫在日後生產出可達到支援5A的產品，即使有多通道負荷出現時也能夠全部承受。當數位設備中需要將多元化的電源元件全部都嵌在一個晶片中時，所支援的電源通道也需要那麼多。

之所以提升開關頻率，是因為可以縮小周邊零件的尺寸。在同樣的3A輸出中，開關的頻率從50KHz提升到1MHz時，線圈的大小從100μH縮小到10μH。這樣，元件的尺寸將大幅下降，電源電路的空間也明顯地減少。但是，由於無法再提升門驅動的電流量，所以頻率範圍將無法無限的提升。同時，在提升頻率後波型末端處會變大，造成雜訊特性變壞。

Simple Switcher將開關穩壓器電路中必需的FET及PWM單元整合在一個晶片裡。這兩個單元分離後稱為控制單元。過去，因為需要使用其它的外圍零件，電路變得很複雜，電源工程師需要做出很大努力才能對準FET門驅動電壓。而Simple Switcher只需選擇適合於所需用途的元件即可實現。

NS也提供了Simple Switcher的選擇及電路構成的線上模擬，由於從零件選擇到參考電路都能夠在網上直接選取，所以即使非電源專業的工程師也可以按照其應用要求設計電源電路。

電路設計應用實例@中標:穩壓器電源電壓在開關頻率中具有大量電源阻抗（Source impedance）

優質的輸入電容器（Capacitor）用於Vin端的紋波電壓控制，在工作期間提供大部分的開關電流。打開降壓穩壓器，進入Vin端的電流從電感器電流波形的低值上升至最高值。然後，關閉狀態下下降至零。

工作期間內，Vin的平均電流為負載電流。輸入電容（Capacitance）由RMS額定電流和最大的紋波電壓來選擇。採用低等效串聯電阻（ESR）陶瓷電容器應為最大的輸入過濾而選擇。為了實現電容公差和電壓效果，會使用2.2μF/100V陶瓷電容器。

輸出電容消除電感器紋波，提供過載狀態的充電電源

選擇22μF陶瓷電容器會提供低等效串聯電阻（ESR），降低輸出紋波電壓和雜訊干擾。

所有LM5576應用要求使用蕭特基類型的自振盪二極體

超高速二極體不會被推薦，因為逆修復過度電流會引起對IC的破壞。理想的逆修復特點和低正向壓降是對於降壓穩壓器高輸入電壓和低輸出應用特別重要的二極體特性。逆修復特點在降壓開關被打開時決定浪涌電流在各週期能維持多久。

蕭特基二極體的逆修復特點，在各週期的工作（turn on）期間發生的降壓開關中尖峰瞬間電源降低為最小。其結果是降壓開關變換引起的損失在使用蕭特基二極體的時候大幅減少。

電感器值由工作頻率、負荷電流、紋波電流、最小及最大輸入電壓Vin(min)、Vin(max)值決定

為了在連續導通模式（CCM）中保持電路，最大的紋波電流Iripple應小於最小負荷電流的2倍。這裡31μH程度較適合。

NS從1989年開始，以Simple Switcher產品的效能和封裝、電壓及電流多元性為重點持續進行了多樣化工作，現在能夠提供500多種Simple Switcher產品。所有的產品可以透過網上Webench電源供應系統設計軟體來方便快捷的使用。線上simple switch產品組合能夠使用於直流/直流轉換器的完整的設計環境。

最近發表的6個產品屬於新的simple switch穩壓器系列。

LM5574的輸出電流為0.5A，LM5575的輸出電流為1.5A，還有LM5576為3.0A的降壓穩壓器的輸入電壓範圍是6～75V，輸出電壓為1.225～75V。這些產品的可調節頻率範圍是50kHz～500kHz。輸出電流為0.5A的LM25574，1.5A的LM25575及3.0A的LM25576降壓穩壓器的輸入電壓範圍是6～42V，輸出電壓為1.225～42V。這些產品的可調節頻率範圍是50kHz～500kHz。

---本文由NS美國國家半導體提供---

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