量化DCDC 轉(zhuǎn)換器寬 VIN 的電路方案

在設(shè)計電源時，設(shè)計人員經(jīng)常面臨的挑戰(zhàn)之一是處理電壓瞬變。保護電路免受大于集成電路 (IC)額定輸入電壓 (V IN ) 的電壓尖峰的影響非常重要。在處理電壓瞬變時，設(shè)計人員可以選擇在系統(tǒng)前端使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有足夠?qū)挼妮斎腚妷悍秶愿采w任何瞬變，或者使用具有額外鉗位電路的較低 V IN DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供瞬態(tài)保護。

乍一看，似乎選擇第一種解決方案，即具有 36V 或 60V 寬 V IN輸入額定值的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器更昂貴，因為 1ku 的價格高于具有較低電壓輸入額定值的轉(zhuǎn)換器。但是，較低 V IN轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)保護所需的額外電壓鉗位電路可能會增加 10 到 12 個外部組件，這將增加材料清單 (BOM) 數(shù)量和成本以及解決方案尺寸。在這篇文章中，我將比較 SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 V IN 3A 降壓轉(zhuǎn)換器與具有用于吸收浪涌電壓的附加鉗位電路 的可比 17 V IN 3A 轉(zhuǎn)換器解決方案的解決方案尺寸和成本。

圖 1：用于鉗位輸入電壓的分立解決方案

圖 1 中的示意圖是一個分立解決方案示例，用于在 IC 的額定電壓低于最大輸入尖峰時鉗位輸入電壓。該解決方案使用 LMV431 并聯(lián)穩(wěn)壓器和 NPN 晶體管作為控制電路。P 溝道場效應(yīng)晶體管 (PFET) 承載通過電流，并隨著 V IN浪涌而增加電壓降，從而承擔(dān)增加的功率損耗并保護 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。有關(guān)該技術(shù)的更多詳細信息，請參見應(yīng)用說明“汽車負載突降的過壓保護電路”。

如圖 1 所示，該輸入鉗位控制電路和 PFET 為解決方案增加了 13 個額外的外部組件。如圖 2 所示，根據(jù)在線發(fā)布的 1ku 數(shù)量，這 13 個外部組件將使總成本增加 1.19 美元。17 V IN、 3A 轉(zhuǎn)換器的解決方案成本可能約為 1.62 美元，使用 1ku 數(shù)量定價為 0.96 美元，包括電感器、電容器和電阻器等外部元件的成本。這使得使用 17 V IN降壓轉(zhuǎn)換器和鉗位電路的總解決方案成本約為 1.62 美元 + 1.19 美元 = 2.81 美元。此外，控制電路和 PFET使較低 V IN解決方案的解決方案尺寸增加了大約 210 mm 2。一個 17 V IN，3A轉(zhuǎn)換器可能在100 mm 2左右，這使得整個解決方案尺寸為100 mm 2 +250 mm 2 = 350 mm 2。

圖 2：控制電路成本明細

另一種選擇是使用具有更寬輸入電壓范圍的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來覆蓋最大 V IN尖峰，例如 SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 V IN、3A 同步降壓轉(zhuǎn)換器。使用像 LM43603 這樣的寬 V IN器件，設(shè)計人員可以消除額外的鉗位電路，從而節(jié)省時間、成本和電路板空間。LM43603 的總解決方案成本約為 2.51 美元，使用已公布的 1ku 批量價格為 1.85 美元，其中包括電感器、電阻器和電容器等外部元件的成本。這意味著使用更寬的 V IN LM43063 可節(jié)省 0.30 美元或約 12%：2.51 美元對 2.81 美元。當我們查看解決方案大小時，好處會增加。LM43603 的總解決方案尺寸約為 250 mm2比之前的解決方案小約 24% 或 60 mm 2 。

像LM43603這樣的寬輸入電壓解決方案的另一個好處是提高了可靠性。正如我在之前的帖子中更詳細地談到的那樣，添加額外的外部組件會給系統(tǒng)帶來額外的風(fēng)險。最可靠的解決方案是外部組件數(shù)量最少的最簡單解決方案，因為它降低了一個組件發(fā)生故障的風(fēng)險。提高可靠性非常重要，尤其是在某些汽車和工業(yè)應(yīng)用的惡劣條件下。此外，設(shè)計額外的鉗位控制電路會為設(shè)計周期增加大量工作。使用控制電路和 PFET 意味著我們必須再選擇 12 個外部組件并運行額外的測試和模擬以確保其正常工作。當我們能夠獲得具有更寬 V IN范圍、更低系統(tǒng)成本和更高可靠性的穩(wěn)壓器時，為什么還要付出這些努力呢？

當然，定價和解決方案的規(guī)模可能會因供應(yīng)商和供應(yīng)商之間的數(shù)量和合同以及設(shè)計布局而有很大差異。使用寬 V IN解決方案節(jié)省的尺寸和成本百分比同樣會有所不同。然而，我希望這個分析表明，盡管 1ku 的前期價格較高，但像 LM43603 這樣的寬輸入電壓解決方案可以在處理輸入電壓瞬變時節(jié)省解決方案成本、電路板空間和設(shè)計時間。