如何使用 DCDC 轉(zhuǎn)換器提高系統(tǒng)可靠性并簡化設(shè)計

可信度的最基本定義是度量的一致性. 如果我們可以在相同條件下始終如一地產(chǎn)生相同的結(jié)果，那么該產(chǎn)品是可靠的。簡單也是一個重要因素。減少系統(tǒng)中的零件數(shù)量可以降低一個組件發(fā)生故障和對性能產(chǎn)生負面影響的風(fēng)險。

例如，在汽車工業(yè)中，一個主要問題是內(nèi)燃機的可靠性。發(fā)動機的功能取決于數(shù)百個運動部件的完美定時相互作用，因此可靠性對于確保汽車正常運行 10 年以上非常重要。同樣，在電力電子領(lǐng)域，大多數(shù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器都依賴外部組件來配置設(shè)備并實現(xiàn)客戶所需的性能。但是，所需的每一個額外外部組件都會給系統(tǒng)增加額外的風(fēng)險。

由于可靠性和簡單性齊頭并進，因此設(shè)計最簡單的部件也往往具有高度可靠性也就不足為奇了。這是因為更簡單的產(chǎn)品減少了材料清單 (BOM) 數(shù)量，并將盡可能多的外部組件集成到芯片中。高度集成有幾個優(yōu)點，包括減少 BOM 數(shù)量和成本、減少電路板空間、減少設(shè)計工作和更高的可靠性。高度集成的代價是失去了靈活性。TI LM5575等轉(zhuǎn)換器如圖 1 所示，需要 12 個或更多外部組件來配置功能并優(yōu)化 DC/DC 穩(wěn)壓器設(shè)計，以便為特定應(yīng)用提供最佳性能。然而，除非應(yīng)用程序有特別嚴格的要求，否則額外的工作和風(fēng)險可能不值得。我們是愿意投入工作以完成具有 14 個外部元件的復(fù)雜設(shè)計，還是購買更簡單、可靠性更高的產(chǎn)品？

圖 1：LM5575原理圖

LMR33610等轉(zhuǎn)換器如圖 2 所示，SIMPLE SWITCHER® 提供內(nèi)部補償網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)低 BOM 數(shù)量并提高可靠性。

LMR33610 SIMPLE SWITCHER®穩(wěn)壓器是一款簡單易用的同步降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，可提供一流的效率，適用于條件嚴苛的工業(yè) 應(yīng)用。LMR33610 能夠使用高達 36V 的輸入電壓驅(qū)動高達 1A 的負載電流。LMR33610 可提供出色的輕負載效率和輸出精度。諸如 電源正常狀態(tài)標志和精密使能端等特性有助于實現(xiàn)靈活而又易用的解決方案 - 適用于廣泛的 應(yīng)用。LMR33640 在輕負載條件下自動折返頻率以提高效率。保護 功能 包括熱關(guān)斷、輸入欠壓鎖定、逐周期電流限制和斷續(xù)短路保護。通過集成和內(nèi)部補償，該器件減少了很多外部組件，并提供專為實現(xiàn)簡單 PCB 布局而設(shè)計的引腳排列方式。該器件的功能集旨在簡化各種終端設(shè)備的實施。LMR33610 與 LMR33620、LMR33630、LMR33640（36V、2A/3A/4A）和 LMR36510（65V、1A）和 LMR36520（65V、2A）引腳對引腳兼容，完善了可擴展的 SIMPLE SWITCHER 電源系列。降低了成本并減少了電路板布局修改的工作量。LMR33610 采用 8 引腳 HSOIC 封裝。

補償網(wǎng)絡(luò)是電源 IC 設(shè)計的必要組成部分，以確保穩(wěn)定的環(huán)路響應(yīng)。傳統(tǒng)上，電力工程師設(shè)計了外部補償網(wǎng)絡(luò)。外部補償網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于可以靈活地自由選擇組件并優(yōu)化設(shè)計以實現(xiàn)更快的瞬態(tài)響應(yīng)。但設(shè)計補償是一個復(fù)雜而艱苦的過程。如果你是一位有足夠時間的電力專家，那沒問題。如果我們在截止日期前工作或沒有必要的專業(yè)知識，我們可能沒有時間正確設(shè)計外部薪酬網(wǎng)絡(luò)。如果是這樣的話，內(nèi)部補償大大減少了功率 IC 設(shè)計中的步驟數(shù)和風(fēng)險。內(nèi)部補償網(wǎng)絡(luò)將可能對終端設(shè)備性能產(chǎn)生負面影響的故障組件或設(shè)計錯誤的風(fēng)險降至最低。它還減少了設(shè)計電源平臺所需的時間。

圖 2：  LMR33610原理圖

固定輸出電壓穩(wěn)壓器提供了另一種提高可靠性的方法。這種增加的可靠性是以降低設(shè)計靈活性為代價的。然而，許多工程師使用降壓轉(zhuǎn)換器從電池為 24-V、12-V、5-V 或 3.3-V 電壓軌供電。這些電壓水平的固定輸出版本具有多種優(yōu)勢，包括減少 BOM 數(shù)量、提高可靠性、提高輸出電壓精度以及降低輸出噪聲。例如，在圖 3 中，LM2596只需四個外部組件即可運行。

圖 3：LM2596原理圖

如果我們正在尋找一種可靠的設(shè)備來簡化我們的電源設(shè)計，LM2576、LM2596 和 LM2676 的外部組件數(shù)量都很少，因此它們易于使用。 對于需要更高開關(guān)頻率的設(shè)計，LMR36510 和 LMR33610（與其他 SIMPLE SWITCHER 轉(zhuǎn)換器引腳對引腳兼容，例如 LMR33620、LMR33630 和 LMR33640 等支持 36V IN 的轉(zhuǎn)換器，以及支持 65V IN的 轉(zhuǎn)換 器） LMR36510 和 LMR36520 等） 提供具有低 BOM 成本的緊湊型解決方案。這些器件還包括一些附加功能，例如打嗝短路保護和高輕負載效率，所有這些都在易于使用的 HSOIC-8 封裝內(nèi)。