Новый SSP9481 - это высокопроизводительный асинхронный преобразователь 80 В, 1 А, идеально подходящий для проектирования систем питания с широким диапазоном входных напряжений (от 4,5 В до 80 В) и способностью работать под нагрузкой 1 А.
Ниже мы подробно рассмотрим, как использовать микросхему SSP9481 для решения задач проектирования источников питания с входным напряжением 40~60 В, выходным напряжением 3,3 В, нагрузочной способностью 800 мА, включая выбор ключевых параметров микросхемы, проектирование схемы, выбор компонентов и оптимизацию производительности.
Согласно Datasheet, мы можем понять, что характеристики SSP9481 соответствуют требованиям к выбору параметров.
Характеристики：
- Выходной постоянный ток 1 А, пиковый ток 1,5 А
- Диапазон входного напряжения: 4.5~80V
- 1Ω внутренний силовой МОП-транзистор
- Фиксированная частота переключения 480 КГц
- Стабильная работа с керамическими выходными конденсаторами с низким коэффициентом сопротивления
- Токоограничивающая защита по циклу
- Защита от теплового отключения
- Эффективность >92%
- Регулируемый выход от 1 В до 0,95×Vin
- Низкий ток в режиме отключения: <1 мкА
- Корпус SOT23-6
Ниже приведена типичная схема применения SSP9481 (выходное напряжение 5 В), конкретное содержание которой можно упрощенно разделить на входную часть, часть управления, выходную часть и часть обратной связи. Входная часть: Конденсатор C1; Управляющая часть: микросхема SSP9481 и загрузочная схема C2; выходная часть: диод D1, индуктор L1, конденсатор C3; обратная связь: резисторы R1, R2 и конденсаторы C4.
Типичная схема применения
Конфигурация выводов:
Схема выводов микросхемы
BST: вывод бутстреп-конденсатора, который внутри поднимает положительную клемму питания драйвера MOSFET с высокой стороны. Подключите бустерный конденсатор между этим выводом и SW.
GND: контакт заземления
FB: Вход обратной связи
SW: переключающий контакт, должен быть подключен к низкочастотному диоду Шоттки рядом с землей, чтобы уменьшить скачки переключения.
VIN: контакт питания, подключите конденсатор для накопления энергии и развязки.
EN: подайте на этот вывод логически высокий уровень, чтобы разрешить работу ИС.
Абсолютный максимум номинальных значений
| Параметр | Диапазон |
| Напряжение питания (VIN) | -0.3V~85V |
| Напряжение переключателя (VSW) | -0.3V~VIN(MAX)+0.3V |
| BST - SW | -0.3V~6.0V |
| Все остальные булавки | -0.3V~6.0V |
| Непрерывная мощность (TA=+25°C) | 0.568W |
| Температура спая | 150℃ |
| Температура свинца | 260℃ |
| Температура хранения | -65℃~150℃ |
| Термическое сопротивление между переходом и окружающей средой (θJA) | 220℃/W |
| Термическое сопротивление между стыком и корпусом (θJC) | 110℃/W |
Рекомендуемые условия эксплуатации
| Параметр | Диапазон |
| Напряжение питания (VIN) | 4,5 В ~ 80 В |
| Напряжение переключателя (VSW) | 1V ~ 0.95*VIN |
| Рабочая температура | -40℃~85℃ |
Примечание 1: Максимальный предел означает, что при выходе за пределы рабочего диапазона микросхема может быть повреждена. Под рабочим диапазоном понимается диапазон, в котором устройство функционирует нормально, Электрические параметры определяют характеристики параметров постоянного и переменного тока устройства в рабочем диапазоне и в условиях испытаний, обеспечивающих определенные показатели эффективности.
2.Выбор конденсатора
2.1 Выбор входной емкости
Основное назначение входного конденсатора - накапливать энергию и фильтровать ее, чтобы не допустить отказа внешнего модуля питания, когда на выходе требуется большой ток, что приводит к падению выходного напряжения.
Входные конденсаторы могут быть электролитическими, танталовыми или керамическими, и необходимо добавить небольшой керамический конденсатор (0,1 мкФ), чтобы разместить его рядом с входным выводом микросхемы. При использовании керамических конденсаторов убедитесь, что их емкость достаточна для предотвращения чрезмерных пульсаций напряжения на входе.
В соответствии с проектными требованиями, ILOAD - выходной ток 0.8A, fs - частота переключения 480KHZ, C1 - входной конденсатор, Vout - выходное напряжение 3.3V, VIN - входное напряжение 40V~60V, а входной конденсатор может быть электролитическим, танталовым или керамическим. При высоком входном напряжении рекомендуется использовать алюминиевые электролитические конденсаторы в качестве входных конденсаторов, которые могут эффективно смягчить скачки входного напряжения, вызванные включением питания при горячей замене. Чтобы снизить потенциальный шум, при использовании электролитических конденсаторов следует установить небольшой керамический конденсатор X5R или X7R как можно дальше. Например, керамический конденсатор 0,1 мкФ/100 В отфильтровывает высокочастотные сигналы от входного постоянного напряжения.
В данном примере в качестве входного конденсатора используется 47μF/100V+100nF/100V.
2.2 Выбор индуктивности
Основная функция выходной индуктивности - стабилизация выходного тока и накопление энергии. Цепь LC-фильтра, состоящая из выходной индуктивности и выходной емкости, в основном используется для сглаживания выходного напряжения, чтобы выходное напряжение было стабильным постоянным током. При выборе выходной индуктивности, помимо размера индуктивности, необходимо учитывать значение тока, которое индуктивность может подавить. Номинальный ток выходной индуктивности преобразователя с переключателем BUCK не менее чем в 1,2 раза превышает выходной ток. Ток пульсаций индуктивности (ΔIL) составляет 30% от тока нагрузки. Для большинства конструкций значение индуктивности может быть получено по формуле:
Формула:
Согласно формуле, индуктор L может быть выбран 22μH, а номинальный ток индуктора составляет 1A
2.3 Выбор выходной емкости
L - индуктивность выходного фильтра, RESR - эквивалентное последовательное сопротивление выходного конденсатора, COUT - значение выходной емкости. Для модуля импульсного источника питания сам источник питания будет создавать пульсации мощности, соответствующие частоте переключения, которые всегда накладываются на выходную мощность. Пульсации на выходе также будут вызваны внутренним сопротивлением выходного конденсатора, постоянно заряжающего и разряжающего выходной конденсатор, и ток заряда будет иметь падение напряжения на обоих концах RESR выходного конденсатора, что приведет к пульсациям на выходе. Поэтому при выборе выходного конденсатора старайтесь выбрать вместо электролитического конденсатора керамический конденсатор с меньшим RESR. Несколько конденсаторов также выбираются параллельно для уменьшения выходного сопротивления. Отклик контура управления быстрее (COT), частота переключения выше, или нагрузка не сильно меняется при использовании керамических конденсаторов.
Существуют некоторые различия между разными типами конденсаторов, и для керамических конденсаторов импеданс на частоте переключения определяется емкостью. Пульсации выходного напряжения в основном вызваны емкостью, для простоты пульсации выходного напряжения можно оценить по следующей формуле:
Согласно расчету по формуле, выходная емкость составляет 2*22uF/10V+0.1uF/50V, а пульсации на выходе - около 13mV (пиковое значение).
3.Выбор диода Шоттки
Когда выключатель верхней трубки выключен, выходной диод имеет индуктивный ток. Используйте диоды Шоттки, чтобы уменьшить потери, вызванные напряжением прямой проводимости диода и обратным восстановлением. Средний ток, протекающий через диод, можно рассчитать по следующей формуле:
При выборе напряжения диода Шоттки обратное напряжение пробоя VR должно быть больше, чем 20% - 30% от максимального входного напряжения, и чем выше напряжение, тем лучше, тем больше прямое падение напряжения VF диода Шоттки с увеличением напряжения.
Подведем итог: в данном примере мы можем выбрать диод Шоттки SS18
4.Выбор сопротивления обратной связи
При выборе резистора обратной связи SSP9481 формирует замкнутую цепь, подключая внешний резистор обратной связи, тем самым стабилизируя выход до заданного выходного значения. Напряжение обратной связи получается через частичное напряжение R1 и R2, и типичное значение напряжения VFB составляет 0,812 В.
Опорное сопротивление для каждого выходного напряжения
| Vout（V） | R1(KΩ) | R2(KΩ) |
| 1.8 | 64.9（1%） | 80.6（1%） |
| 2.5 | 23.7（1%） | 49.9（1%） |
| 3.3 | 16.2（1%） | 49.9（1%） |
| 5 | 23.7（1%） | 124（1%） |
Используйте значения сопротивления, рекомендованные в руководстве.
5.Окончательная схема
6.Дизайн макета
(1) Конденсатор Vin должен быть размещен рядом с выводом Vin микросхемы и сигнальной землей микросхемы, по возможности в один слой, поскольку входной ток является прерывистым, и шум, вызванный паразитной индуктивностью, оказывает негативное влияние на сопротивление напряжения микросхемы и логического блока. Чем меньше петля высокочастотного контура, тем меньше энергия магнитного поля.
(2) FB - наиболее чувствительная и легко нарушаемая часть микросхемы, и это самая распространенная причина нестабильности системы:
- Резистор FB подключается к выводу FB как можно короче, чтобы уменьшить шумовую связь.
- Вдали от источников шума, точек SW (узлов переключения), индукторов, диодов (несинхронный преобразователь).
(3) Для минимизации излучаемых шумов узла переключения индуктор не обязательно размещать так близко к микросхеме, как входной конденсатор. Как правило, не рекомендуется прокладывать медь под индуктором, поскольку вихревые токи в слое земли приведут к снижению индуктивности.
(4) Конденсатор выходного фильтра расположен как можно ближе к индуктору. Чем меньше петля высокочастотного контура, тем меньше энергия магнитного поля.
Рисунок 2.2
(5) Точка SW является источником шума, который обеспечивает ток при сохранении как можно меньшей площади, вдали от чувствительного и легко нарушаемого положения. Уменьшение площади узла и замена индуктора на меньший объем может уменьшить напряженность электрического поля, как показано на рисунке：.
7.Тест
Проверка входного напряжения
В данном испытании использовалось следующее оборудование: Цифровой осциллограф MSO5204 марки Puyuan и мультиметр.
Тест пульсаций осциллографа Настройки:
Режим соединения: Соединение переменного тока,
ограничение пропускной способности: 20M, ручка: X1.
Протестируйте пружины с грунтом.
Универсальный цифровой осциллограф MSO5204
На следующем рисунке показана тестовая диаграмма включения выходного напряжения. На осциллограмме видно, что максимальное выходное напряжение составляет 3,40 В, фронт нарастания выходного напряжения пологий, отсутствует звон и перегрузка напряжения.
Тест на включение выходного напряжения
На следующем рисунке показана пульсация выходного напряжения при входном напряжении 40 В и нагрузке 800 мА. На осциллограмме видно, что пиковое значение пульсаций составляет 14,25 мВ.
Диаграмма испытаний выходных пульсаций
На следующем рисунке показана пульсация выходного напряжения при входном напряжении 60 В и нагрузке 800 мА. На осциллограмме видно, что пиковое значение пульсаций составляет 17,42 мВ.
Диаграмма испытаний выходных пульсаций
Судя по реальной форме сигнала, пик пульсаций выходного напряжения очень близок к расчетному результату.
