不久前，電源穩壓器產品巨頭——美國國家半導體公司(國半)在中國發布了6款高壓差器件(分別為LM5574，LM5575，LM5576，LM25574，LM25575，LM25576)，該系列器件輸入分別高達42V和75V，輸出可以低至1.225V，而電流則高達3A。具有主從同步功能，還具有內置的保護電路和軟啟動功能，實現了1.5%的高反饋精度，動態范圍寬，工作頻率50KHz～500KHz完全可調。特別適合于汽車電子、通信和工業控制等領域的各種應用。這6款器件的發布使該公司久負盛名且款式已達500多款的SIMPLE SWITCHER系列產品更加豐富多彩。

提到SIMPLE SWITCHER，可能還有些人不太熟知，但提到LM78××和LM79××穩壓器系列，中國電子行業的設計師們可能無人不曉，其實，上述兩大穩壓產品系列就是SIMPLE SWICHER家族的初級產品。SIMPLE SWITCHER從上世紀的80年代發明以來，從早期的固定式三端穩壓器、輸出可調整的五端穩壓器，到今天的LDO和高效的功率管理芯片，一直在伴隨并積極影響著中國電子產業的發展。

簡約實用，國半電源產品的靈魂

早期，電子設備規模比較小，供電電源常采用集總方式。但隨著電子技術的發展，這種方案呈現了諸多的缺點，包括布線復雜，EMI性能差，效率低、品種多和使用極不靈活等。為此，分布式解決方案漸漸占據了上風。分布式解決方案幾乎克服了集總方案中的所有缺點，但唯一不足的是要求從事各種分系統和電路設計的工程師都要對電源設計有一定了解，這就限制了這種技術的推廣。國半正是瞄準了這一點，推出了SIMPLE SWITCHER產品。

SIMPLE SWITCHER，顧名思義，就是功能實用，設計簡單！讓我們看一下SIMPLE SWITCHER是怎么來實現其先進理念的吧！在初期的固定壓差產品中，典型的有LM78××和LM79××系列，工程師的電源設計只需根據系統電源和設計所需來選擇一個穩壓器，再分別選擇一只輸入電容和一只輸出電容即可！為了應對設計中的不確定性，可直接選用帶調整端的五端器件，在外加兩支電阻即可，如果用一只電位器來替代電阻器，就可以實現輸出電壓在很大范圍內的任意調節。

圖1：LM5576內部架構和典型應用方框圖
在今天的電子系統中，越來越多的功能和電能之間的矛盾以及小型化的影響對電源系統的要求越來越苛刻，與此相應，電源的設計也日趨復雜。這對SIMPLE SWITCHER的產品理念提出了前所未有的挑戰。但盡管如此，國半似乎絲毫沒有動搖其設計理念。“即使功能得到很大拓展，用戶的設計過程還是一如既往的簡單，如同使用初期的SIMPLE SWITCHER器件一樣。一句話，我們就是要讓任何工程師都能設計電源。”美國國家半導體應用工程師Frederik Dostal介紹道。為了做到這一點，國半推出了完善的在線仿真平臺——WEBENCH。該設計工具是一套完善的軟件解決方案，內含多個單元，其中包括選擇無源元件、電路圖、所需元件清單、優化電路性能等，務求能為客戶解決一切設計上的問題。該軟件集成了許多電源設計的經驗和智慧，不僅能夠完成器件選擇，而且還可以進行電氣仿真和熱仿真。利用該工具設計師可以迅速實現外部元件的選擇并仿真設計結果。而國半電源管理產品部產品總監Mal Humphrey更自信地表示：“SIMPLE SWITCHER穩壓器再加上WEBENCH設計工具的指導，任何設計師都可以很方便地在體積和效率等方面做出最優取舍，并在一分鐘內即可完成包括建模、優化及分析在內的整個設計工序。”

圖2：利用外部時鐘來同步電源芯片
精益求精，不斷提升新技術

一方面，要繼續追求簡單實用的設計理念，另一方面，電源器件的復雜度卻快速提升。WEBENCH只是解決了輔助設計，而真正解決種種挑戰的則還是新技術的精益求精。這在國半最新推出的器件中就可以得到很好的體現：

1. 利用各種技術孜孜不倦地追求效率的提高。盡管這次發布的新器件是側重高壓差低電壓輸出方面的種種問題，但效率一直是國半不斷追求的方向。“我們在追求更高頻率和更短的轉換時間的同時，從未忽視效率這一問題。我們通過架構上的不斷優化來實現效率的持續提高。比如引入Cboot來減小每個周期重新充電后的所需的時間。通過這種非常細微的架構優化，開關損耗大大降低，將調節器效率提高到96%",Frederik Dostal如此表示。而國半中國區電源管理產品應用工程師程文濤則說：“雖然不同類型器件的側重不同，有的側重大壓差，有的側重更高的管理功能，但無論哪一類器件，我們都始終將效率作為一個主要優化指標。”

圖3：電流傳感信號由斜坡電流和基礎電流兩部分構成
2. 采用精確的同步技術。以前，不少工程師對此重視不夠，認為電源開機期間出現一些紊亂是必然現象。但隨著系統復雜度的不斷提高，電源的失步帶來許多的系統問題，如協議棧無法實現正確的握手，從而導致系統死機等許多潛故障。為此，在國半的新型穩壓器中都設有頻率同步引腳，其中包括一個可調節的軟啟動，開關頻率可進行外部調整，從而可實現不同型號的芯片自動調整并跟隨某個開關頻率的同步操作或與外置時鐘同步的操作模式，這樣不僅可以保證系統的穩定性和可靠性，還可以提高EMI性能。關于這一點程文濤表示：“該功能并非只能對我們自己的新片系列進行同步，還可以與其他公司的芯片進行同步，只要對方的器件具有此功能引腳，因為我們的器件中具有靈活的調整功能。”

3. 采用獨特的模擬電流技術。該技術是該公司的專利技術，其核心就是拋棄常規的電流控制模式中的信號提取電路，而是利用專用的信號產生電路，來模擬理想降壓開關的電流信號。就此，程文濤介紹說：“檢測開關電流分整流和續流兩個階段。在整流階段中，常規方式是利用檢測電阻或通過互感電感兩端的壓差來檢出開關電流。但國半的專利技術中，無需檢測該電流，而是直接利用一個專用的信號產生器來模擬該開關電流。由于模擬的電流是理想的，無任何毛刺和過沖，從而使得這種控制方式比傳統的電流模式控制有更卓越的抗噪聲干擾能力。”實際上，最終開關電流信號模擬的斜坡信號和續流階段的斜坡基礎信號的兩者之和。“這樣形成的控制邏輯非常干凈。從而避免了低占空比、高頻率時產生的不穩定性。進而可以無條件利用電流模式控制的所有優點”，程文濤補充說。 (end)