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稳压器/整流器 |
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“简约并不简单”！--NS最新电源器件 |
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不久前，电源稳压器产品巨头——美国国家半导体公司(国半)在中国发布了6款高压差器件(分别为LM5574，LM5575，LM5576，LM25574，LM25575，LM25576)，该系列器件输入分别高达42V和75V，输出可以低至1.225V，而电流则高达3A。具有主从同步功能，还具有内置的保护电路和软启动功能，实现了1.5%的高反馈精度，动态范围宽，工作频率50KHz～500KHz完全可调。特别适合于汽车电子、通信和工业控制等领域的各种应用。这6款器件的发布使该公司久负盛名且款式已达500多款的SIMPLE SWITCHER系列产品更加丰富多彩。
提到SIMPLE SWITCHER，可能还有些人不太熟知，但提到LM78××和LM79××稳压器系列，中国电子行业的设计师们可能无人不晓，其实，上述两大稳压产品系列就是SIMPLE SWICHER家族的初级产品。SIMPLE SWITCHER从上世纪的80年代发明以来，从早期的固定式三端稳压器、输出可调整的五端稳压器，到今天的LDO和高效的功率管理芯片，一直在伴随并积极影响着中国电子产业的发展。
简约实用，国半电源产品的灵魂
早期，电子设备规模比较小，供电电源常采用集总方式。但随着电子技术的发展，这种方案呈现了诸多的缺点，包括布线复杂，EMI性能差，效率低、品种多和使用极不灵活等。为此，分布式解决方案渐渐占据了上风。分布式解决方案几乎克服了集总方案中的所有缺点，但唯一不足的是要求从事各种分系统和电路设计的工程师都要对电源设计有一定了解，这就限制了这种技术的推广。国半正是瞄准了这一点，推出了SIMPLE SWITCHER产品。
SIMPLE SWITCHER，顾名思义，就是功能实用，设计简单！让我们看一下SIMPLE SWITCHER是怎么来实现其先进理念的吧！在初期的固定压差产品中，典型的有LM78××和LM79××系列，工程师的电源设计只需根据系统电源和设计所需来选择一个稳压器，再分别选择一只输入电容和一只输出电容即可！为了应对设计中的不确定性，可直接选用带调整端的五端器件，在外加两支电阻即可，如果用一只电位器来替代电阻器，就可以实现输出电压在很大范围内的任意调节。
图1：LM5576内部架构和典型应用方框图
在今天的电子系统中，越来越多的功能和电能之间的矛盾以及小型化的影响对电源系统的要求越来越苛刻，与此相应，电源的设计也日趋复杂。这对SIMPLE SWITCHER的产品理念提出了前所未有的挑战。但尽管如此，国半似乎丝毫没有动摇其设计理念。“即使功能得到很大拓展，用户的设计过程还是一如既往的简单，如同使用初期的SIMPLE SWITCHER器件一样。一句话，我们就是要让任何工程师都能设计电源。”美国国家半导体应用工程师Frederik Dostal介绍道。为了做到这一点，国半推出了完善的在线仿真平台——WEBENCH。该设计工具是一套完善的软件解决方案，内含多个单元，其中包括选择无源元件、电路图、所需元件清单、优化电路性能等，务求能为客户解决一切设计上的问题。该软件集成了许多电源设计的经验和智慧，不仅能够完成器件选择，而且还可以进行电气仿真和热仿真。利用该工具设计师可以迅速实现外部元件的选择并仿真设计结果。而国半电源管理产品部产品总监Mal Humphrey更自信地表示：“SIMPLE SWITCHER稳压器再加上WEBENCH设计工具的指导，任何设计师都可以很方便地在体积和效率等方面做出最优取舍，并在一分钟内即可完成包括建模、优化及分析在内的整个设计工序。” 
图2：利用外部时钟来同步电源芯片
精益求精，不断提升新技术
一方面，要继续追求简单实用的设计理念，另一方面，电源器件的复杂度却快速提升。WEBENCH只是解决了辅助设计，而真正解决种种挑战的则还是新技术的精益求精。这在国半最新推出的器件中就可以得到很好的体现：
1. 利用各种技术孜孜不倦地追求效率的提高。尽管这次发布的新器件是侧重高压差低电压输出方面的种种问题，但效率一直是国半不断追求的方向。“我们在追求更高频率和更短的转换时间的同时，从未忽视效率这一问题。我们通过架构上的不断优化来实现效率的持续提高。比如引入Cboot来减小每个周期重新充电后的所需的时间。通过这种非常细微的架构优化，开关损耗大大降低，将调节器效率提高到96%",Frederik Dostal如此表示。而国半中国区电源管理产品应用工程师程文涛则说：“虽然不同类型器件的侧重不同，有的侧重大压差，有的侧重更高的管理功能，但无论哪一类器件，我们都始终将效率作为一个主要优化指标。” 
图3：电流传感信号由斜坡电流和基础电流两部分构成
2. 采用精确的同步技术。以前，不少工程师对此重视不够，认为电源开机期间出现一些紊乱是必然现象。但随着系统复杂度的不断提高，电源的失步带来许多的系统问题，如协议栈无法实现正确的握手，从而导致系统死机等许多潜故障。为此，在国半的新型稳压器中都设有频率同步引脚，其中包括一个可调节的软启动，开关频率可进行外部调整，从而可实现不同型号的芯片自动调整并跟随某个开关频率的同步操作或与外置时钟同步的操作模式，这样不仅可以保证系统的稳定性和可靠性，还可以提高EMI性能。关于这一点程文涛表示：“该功能并非只能对我们自己的新片系列进行同步，还可以与其他公司的芯片进行同步，只要对方的器件具有此功能引脚，因为我们的器件中具有灵活的调整功能。”
3. 采用独特的模拟电流技术。该技术是该公司的专利技术，其核心就是抛弃常规的电流控制模式中的信号提取电路，而是利用专用的信号产生电路，来模拟理想降压开关的电流信号。就此，程文涛介绍说：“检测开关电流分整流和续流两个阶段。在整流阶段中，常规方式是利用检测电阻或通过互感电感两端的压差来检出开关电流。但国半的专利技术中，无需检测该电流，而是直接利用一个专用的信号产生器来模拟该开关电流。由于模拟的电流是理想的，无任何毛刺和过冲，从而使得这种控制方式比传统的电流模式控制有更卓越的抗噪声干扰能力。”实际上，最终开关电流信号模拟的斜坡信号和续流阶段的斜坡基础信号的两者之和。“这样形成的控制逻辑非常干净。从而避免了低占空比、高频率时产生的不稳定性。进而可以无条件利用电流模式控制的所有优点”，程文涛补充说。 (end)
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(5/17/2007) |
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