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SIMPLE SWITCHER中文名字叫易電源，顧名思義它是一個(gè)非常容易控制的電源芯片，推出這樣一個(gè)中文名字是為了能夠方便用戶記憶，并且希望SIMPLE SWITCHER這個(gè)名字在中國(guó)能夠讓更多的人所熟悉。

更高的集成帶來(lái)更強(qiáng)的易用

同過(guò)去分離式方案相比，SIMPLE SWITCHER現(xiàn)在新推出的方案是一種更為集成的解決方案，它把MOS管和電感都集成在芯片內(nèi)部，這樣它就具有了明顯的優(yōu)勢(shì)：把外部的元器件減少，優(yōu)化了電路的設(shè)計(jì)，使用戶不需要考慮怎樣的電感、怎樣的MOS管，以及選擇設(shè)置如何高的開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)在設(shè)計(jì)版圖的時(shí)候也非常容易的優(yōu)化。


圖1 SIMPLE SWITCHER電源模塊系列

系列產(chǎn)品帶來(lái)更簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)

SIMPLE SWITCHER并不是一款單一的產(chǎn)品，實(shí)際上它由幾個(gè)系列的產(chǎn)品組成，它包含了從第一代到第五代以及電源模塊等許多的產(chǎn)品。第一代LM257X到第三代LM267X三個(gè)系列在中國(guó)市場(chǎng)非常有名，已經(jīng)有20多年的歷史，到今天依然有許多的客戶在使用。近幾年又陸續(xù)推出了第四代、第五代產(chǎn)品，包括SIMPLE SWITCHER的電源模塊ＬＭＺ系列。這幾個(gè)新系列相比較舊的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，無(wú)論是產(chǎn)品的性能和尺寸上面都有很大的優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上第一代LM2575在20多年前就投入了市場(chǎng)，并受到廣泛的歡迎，一直沿用到現(xiàn)在。到今天SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品系列依然是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體最暢銷的產(chǎn)品系列，每年有超過(guò)25000個(gè)客戶訂購(gòu)這個(gè)產(chǎn)品。

第四代SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品有六款，具有兩種版本，一種是輸入電壓到42V的版本，一種是電壓可以達(dá)到75V，它的負(fù)載電流有三種，３A、1.5A和0.5A。第四代SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品的特性有如下幾個(gè)方面：

首先它具有可調(diào)整的開(kāi)關(guān)頻率，從50KHZ到1MHZ范圍內(nèi)，客戶在設(shè)計(jì)時(shí)就可以考慮是以效率優(yōu)先還是以方案的尺寸大小優(yōu)先，來(lái)選擇設(shè)置不同的開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)具有可調(diào)的軟啟動(dòng)和開(kāi)關(guān)同步等特點(diǎn)。另外第四代SIMPLE SWITCHER具有很明顯的特點(diǎn)，它采用一種稱之為仿電流模式的操作。這種工作模式的主要優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)輸入電壓比較高而輸出電壓又要求比較低的時(shí)候，就比較適合選擇這種第四代仿電流模式的操作芯片，因?yàn)樗梢詫⒄伎毡冉档阶畹?。仿電流模式沿襲了傳統(tǒng)電流模式操作的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它的瞬態(tài)響應(yīng)非?？?，非常符合數(shù)字負(fù)載的要求。為了方面用戶的設(shè)計(jì)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體還創(chuàng)建了一些EXCEL數(shù)據(jù)表格和輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工具，這些設(shè)計(jì)工作非常方便使用，用戶只需要輸入一些非?；镜脑O(shè)計(jì)指標(biāo)，例如輸出電壓、負(fù)載電流、輸入電壓范圍、開(kāi)關(guān)頻率等，它會(huì)自動(dòng)列出適合您設(shè)計(jì)需要的第四代產(chǎn)品的型號(hào)，并且非?？焖俚挠?jì)算出外部元器件的參數(shù)。

電源芯片設(shè)計(jì)的一個(gè)很大的難點(diǎn)就是補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)，對(duì)于一些不是非常有經(jīng)驗(yàn)的工程師，或一些項(xiàng)目時(shí)間非常緊，不愿意將時(shí)間和精力花在電源設(shè)計(jì)的工程師來(lái)說(shuō)，借助這些輔助設(shè)計(jì)工具就可以大大縮減您的設(shè)計(jì)時(shí)間，它可以推薦一些合適的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路。


圖2 電源模塊性能特性

圖3 采用TO-Like封裝帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

圖4 電源模塊抗電磁輻射測(cè)試

第五代的SIMPLE SWITCHER一共有11顆不同的芯片，LM2267X和LM22680，它們的輸入電壓是相同的，從4.5V到42V，也是比較寬的輸入范圍，適合不同方面的應(yīng)用，如工業(yè)方面、汽車方面以及通信方面等。輸出電流有5中不同的版本，0.5A、1A、2A、3A和5A，它們的特點(diǎn)是輸入電壓范圍比較寬，12V或24V的輸入電壓都可以適用。另外，就像第四代SIMPLE SWITCHER一樣，它是頻率可調(diào)并可以實(shí)現(xiàn)頻率的同步。它的高精度允許功能也很特殊，一般的芯片的使能引腳都是邏輯引腳，邏輯高使能或者是邏輯低使能，這個(gè)高精度允許可以讓用戶設(shè)計(jì)一個(gè)模擬的電壓來(lái)打開(kāi)或者關(guān)閉這個(gè)芯片，這樣做的好處是，當(dāng)系統(tǒng)里有多片電源管理芯片的時(shí)候，利用設(shè)置不同的打開(kāi)電壓的賦值，就可以實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單的上電功能，不需要再選擇一款上電順序的管理芯片了。它還具有外部軟啟動(dòng)、可調(diào)整限流值等特性。另外需要強(qiáng)調(diào)的是它采用陶瓷電容器也能保持產(chǎn)品的穩(wěn)定。

第五代的SIMPLE SWITCHER已經(jīng)將補(bǔ)償電路集成進(jìn)去，用戶選擇這款電路的時(shí)候，只需要使用簡(jiǎn)單方便的陶瓷電容器就可以使整個(gè)電路穩(wěn)定了，在成本方面是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

第五代的SIMPLE SWITCHER的11款產(chǎn)品分別對(duì)應(yīng)了頻率可調(diào)、頻率同步、高精度允許功能、軟啟動(dòng)、可調(diào)限流值以及封裝等特性。

“簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)”電源系統(tǒng)解決方案

從2010年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體又陸續(xù)推出了一個(gè)新的系列SIMPLE SWITCHER電源模塊（圖1），它的芯片的外部已經(jīng)沒(méi)有電感，也沒(méi)有MOS管，是一個(gè)高集成度的電源管理器，它將電感和MOS管全部集成在里面，從整個(gè)的外部電路來(lái)看，它像一個(gè)LDU一樣，使用也非常方便。

SIMPLE SWITCHER電源模塊面向的市場(chǎng)非常廣闊，可以適應(yīng)于測(cè)試及測(cè)量?jī)x表、廣播用的視頻設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)及基建設(shè)備，還有工業(yè)自動(dòng)化等。目前已經(jīng)推出市場(chǎng)的SIMPLE SWITCHER電源模塊有適用于24V軌、12V軌、3.3V/5V軌等，不同的數(shù)字負(fù)載的應(yīng)用，都有不同的選擇。除了正常工業(yè)用的-45度到125度以外，還推出了EXT系列也就是擴(kuò)展溫度范圍，降到-55度都可以正常工作。另外在2011年，還將推出高達(dá)10A的針對(duì)36V和20V不同應(yīng)用的電源模塊（圖2）。

相對(duì)于市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的電源模塊有如下優(yōu)勢(shì)：

• 封裝優(yōu)勢(shì)

• 散熱能力

• 電磁干擾非常少

• 全部引腳兼容

封裝方面是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的強(qiáng)項(xiàng)之一（圖3），這種封裝技術(shù)的專利正在申請(qǐng)中，它采用一種特別的引線框架設(shè)計(jì)，底部一面的焊盤完全裸露，這樣做的優(yōu)勢(shì)是散熱效果非常好，優(yōu)化線路布局也變得非常容易，因?yàn)橐_都在一邊，用戶在焊接的時(shí)候也非常方便。相比較市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品，這種線路布局就比較難。

第二，它產(chǎn)生的熱能少于同級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，對(duì)于SIMPLE SWITCHER電源模塊，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到80度的時(shí)候，還可以滿負(fù)載的正常工作，但對(duì)于市場(chǎng)上同類的其他產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，到50度就已經(jīng)不能夠滿負(fù)載的工作了。

第三，可以有效的減少電磁干擾，由于采用屏蔽式電感并把電感集成到內(nèi)部，而且把噪音比較高的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)也集成在內(nèi)部，在電磁波輻射測(cè)試中，不管是水平貼裝還是垂直貼裝，SIMPLE SWITCHER電源模塊都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于EN55022的標(biāo)準(zhǔn)（圖4）。

第四，SIMPLE SWITCHER電源模塊的優(yōu)勢(shì)還在于版圖設(shè)計(jì)，相比較于一般的穩(wěn)壓器，它的線路布局大大的簡(jiǎn)化，由于外部元器件的減少以及開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的減少，它的整個(gè)環(huán)路設(shè)計(jì)也大大簡(jiǎn)化，對(duì)于一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不是很豐富以及設(shè)計(jì)周期要求比較高的工程師來(lái)說(shuō)也是非常有用的。

如需了解更多產(chǎn)品性能和內(nèi)容，敬請(qǐng)瀏覽：

http://www.national.com/analog/power/simple_switcher

問(wèn)答選編

問(wèn)： 1.本設(shè)計(jì)工具適用多大功率?能否用于正激的設(shè)計(jì)?
2.請(qǐng)?jiān)敿?xì)解析設(shè)計(jì)工具的使用方法?并舉例說(shuō)明?

答： 本設(shè)計(jì)工具并沒(méi)有限制功率，根據(jù)選用不同的器件，該工具可以支持不同功率的設(shè)計(jì)。選用適合的器件（如LM5015）就可以利用此工具設(shè)計(jì)正激電路。

問(wèn)： 請(qǐng)問(wèn)SIMPLESWITCHER?易電源系列產(chǎn)品的主要應(yīng)用場(chǎng)合是？

答：主要在工業(yè)應(yīng)用，通信網(wǎng)絡(luò)基建設(shè)備、醫(yī)療、便攜移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域。如果您對(duì)電源有效率，簡(jiǎn)單易用，性能優(yōu)良等要求，您都可以考慮用Simple switcher來(lái)解決。

問(wèn)： 第5代和第6代的電源芯片的紋波控制如何？輸出電源質(zhì)量能否接近于線性電源輸出？

答： 開(kāi)關(guān)電源的紋波與以下因素相關(guān)：開(kāi)關(guān)頻率、電感量、電容量等等。

選擇適合的參數(shù)可以使輸出的紋波達(dá)到10毫伏等級(jí)。另一與電源質(zhì)量直接相關(guān)，這一點(diǎn)直接受PCB Layout和EMI吸收的影響?？梢詤⒄諊?guó)半的AN-1229。

問(wèn)： SIMPLESWITCHER易電源設(shè)計(jì)工具是否可完成AC/DC開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)?

答： Simple Switcher通常適用于DC-DC的應(yīng)用。目前該工具還不支持AC-DC的設(shè)計(jì)。

問(wèn)： 主要用在哪些場(chǎng)合？有應(yīng)用案例么？

答：應(yīng)用場(chǎng)合：醫(yī)療、通信網(wǎng)絡(luò)基建設(shè)備等產(chǎn)品均可應(yīng)用。

應(yīng)用案例：在醫(yī)療和通信網(wǎng)絡(luò)基建設(shè)備，NS均可提供高電壓輸入的DC/DC產(chǎn)品，LM5116，LM5118在超聲產(chǎn)品，LM5575,LM5576在WLAN產(chǎn)品上均有應(yīng)用，NS可以根據(jù)您的不同需求，提供不同類型的產(chǎn)品。

問(wèn)： 對(duì)于集成了電感的器件，如果以后發(fā)現(xiàn)電感值偏小，是否可以外部添加？

答： 可以外加，但器件內(nèi)部針對(duì)選用的電感已經(jīng)做了優(yōu)化。所以外加電感可能會(huì)影響整體的性能，另外某種程度上也失去了使用模塊的意義。

問(wèn)： Simple Switcher有那些產(chǎn)品具有內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)？能提供型號(hào)嗎？

答：所有Simple Switcher產(chǎn)品都具有內(nèi)部補(bǔ)償，并不需要外部補(bǔ)償型號(hào)有 LM2267x， LM557x 和 LMZ 系列.

問(wèn)： SIMPLESWITCHER電源模塊的應(yīng)用電壓范圍有多大？應(yīng)用功率范圍有多大？是否有功率因素矯正功能？提供了那些保護(hù)功能？

答：今天的文檔中集中描述了各中類型的模塊應(yīng)用電壓，電流范圍。您可以根據(jù)其料號(hào)來(lái)判斷其指標(biāo)。

我們的SIMPLESWITCHER目前都是DC-DC產(chǎn)品，沒(méi)有提供功率因素矯正功能。一般的模塊都包括輸入欠壓，輸出過(guò)流，模塊過(guò)溫等保護(hù)功能。您可以參照具體的datasheet得到詳細(xì)的信息。

問(wèn)： 電源的紋波輸出可以達(dá)到什么指標(biāo)？

答： 根據(jù)選用的頻率和輸出電容量，輸出紋波會(huì)有不同。 一般應(yīng)用而言，達(dá)到數(shù)毫伏至數(shù)十毫伏的紋波電壓是可以達(dá)到的。

問(wèn)： 最高效率的同步拓?fù)涫侵甘裁矗?br />
答：是指采用MOSFET續(xù)流替代二極管續(xù)流的方式，也就是所謂“同步整流”，是高電流應(yīng)用中采用的提高效率的方法。

問(wèn)： WEBENCH離線設(shè)計(jì)工具怎么使用？

答：WEBENCH可以提供離線設(shè)計(jì)。只要您在第一次使用時(shí)上網(wǎng)注冊(cè)或發(fā)E-mail確認(rèn)即可，以后就可離線使用。

問(wèn)： 采用哪些措施可降低開(kāi)關(guān)電源的輸出紋波？

答：手段包括提高開(kāi)關(guān)頻率，提高輸出電容量，（如果電感外置的話）提高輸出電感量等等。

問(wèn)： 請(qǐng)問(wèn)你們是否可以提供仿真軟件？

答：您可以從NS處申請(qǐng)USB或在NS網(wǎng)站上，均可使用仿真軟件。

問(wèn)： 請(qǐng)問(wèn)根據(jù)什么來(lái)決定輸入或輸出電容的大??？謝謝！

答： 輸入電容的選用主要根據(jù)輸入紋波電流大小。

輸出電容的選擇主要根據(jù)負(fù)載對(duì)輸出為紋波電壓的要求。

在大多數(shù)我們SIMPLESWITCHER產(chǎn)品的datasheet里都有輸入電容和輸出電容的選型指導(dǎo)。您可以在網(wǎng)上下載參照。

問(wèn)：在一些單片機(jī)的供電上，要求電源在4~5.5V即可，那么使用LM2576等開(kāi)關(guān)電源芯片作為單片機(jī)的供電，其紋波是否對(duì)單片機(jī)的工作造成影響？

答：控制輸出紋波電壓的手段包括提高開(kāi)關(guān)頻率，提高輸出電容量，（如果電感外置的話）提高輸出電感量等等。

一般我們的SIMPLESWITCHER產(chǎn)品通過(guò)使用輔助工具，都可以使最終的設(shè)計(jì)滿足應(yīng)用要求。

問(wèn)：您好，您介紹的那種集成了電感和控制器的電源模塊在價(jià)格方面與之前的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有優(yōu)勢(shì)嗎？會(huì)不會(huì)價(jià)格很貴？

答：集成了電感和控制器的電源模塊在價(jià)格方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)在于：1：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)人員不需要很專業(yè)的電源知識(shí)。2：性能優(yōu)良，產(chǎn)品一致性高。單純的價(jià)格不會(huì)比傳統(tǒng)的電源低，但整體性價(jià)比高。

問(wèn)： 如果電壓紋波要做到10mv以下對(duì)模塊外的器件是否有特殊要求？

答：通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率（如果開(kāi)關(guān)管頻率可調(diào)的話），提高輸出電容量，提高輸出電感量（如果電感外置的話）就可以實(shí)現(xiàn)10mV以下的紋波。對(duì)器件的要求主要是可以工作在較高的頻率，以及在大的輸出電容量，小的輸出電容ESR條件下可以穩(wěn)定工作。

問(wèn)： 請(qǐng)問(wèn)專家，輸入電壓允許范圍是多少？

答：從1點(diǎn)幾伏到100V的輸入的產(chǎn)品都有。如LM5116電壓輸入范圍就在6V-100V。根據(jù)您不同需求來(lái)選型。

問(wèn)： 請(qǐng)問(wèn)是否有適合LED調(diào)光驅(qū)動(dòng)IC，比如PWM調(diào)光、TRIAC調(diào)光IC。

答：有。如LM3535,LM3528,LM3530，不同需求有不同型號(hào)。

問(wèn)： 在低壓差方面有哪些優(yōu)勢(shì)，在板級(jí)電路設(shè)計(jì)當(dāng)中會(huì)存 在哪些需要設(shè)計(jì)人員注意的問(wèn)題？

答：正電壓的芯片可以用在負(fù)電壓的場(chǎng)合。例如正的BUCK可以用于負(fù)的BOOST轉(zhuǎn)換。正的BOOST可以用于負(fù)的BUCK應(yīng)用。

問(wèn)： 光伏系統(tǒng)需要100~600v直流輸入，5v，15v輸出的電源，如何設(shè)計(jì)使得效率最高？

答：我們的SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品目前還不能支持這樣搞的工作電壓。

在您提到的應(yīng)用場(chǎng)景中，利用變壓器是工作的占空比接近40~50%將會(huì)比直接降壓效率要高。另外需要根據(jù)輸出功率的不同選擇適合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。