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

更高的集成帶來更強的易用

同過去分離式方案相比，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：把外部的元器件減少，優(yōu)化了電路的設(shè)計，使用戶不需要考慮怎樣的電感、怎樣的MOS管，以及選擇設(shè)置如何高的開關(guān)頻率，同時在設(shè)計版圖的時候也非常容易的優(yōu)化。


圖1 SIMPLE SWITCHER電源模塊系列

系列產(chǎn)品帶來更簡化的設(shè)計

SIMPLE SWITCHER并不是一款單一的產(chǎn)品，實際上它由幾個系列的產(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三個系列在中國市場非常有名，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。這幾個新系列相比較舊的產(chǎn)品來說，無論是產(chǎn)品的性能和尺寸上面都有很大的優(yōu)勢。實際上第一代LM2575在20多年前就投入了市場，并受到廣泛的歡迎，一直沿用到現(xiàn)在。到今天SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品系列依然是美國國家半導(dǎo)體最暢銷的產(chǎn)品系列，每年有超過25000個客戶訂購這個產(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，一種是電壓可以達到75V，它的負載電流有三種，３A、1.5A和0.5A。第四代SIMPLE SWITCHER產(chǎn)品的特性有如下幾個方面：

首先它具有可調(diào)整的開關(guān)頻率，從50KHZ到1MHZ范圍內(nèi)，客戶在設(shè)計時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，來選擇設(shè)置不同的開關(guān)頻率，同時具有可調(diào)的軟啟動和開關(guān)同步等特點。另外第四代SIMPLE SWITCHER具有很明顯的特點，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)點是，當(dāng)輸入電壓比較高而輸出電壓又要求比較低的時候，就比較適合選擇這種第四代仿電流模式的操作芯片，因為它可以將占空比降到最低。仿電流模式沿襲了傳統(tǒng)電流模式操作的一個優(yōu)勢是它的瞬態(tài)響應(yīng)非?？欤浅７蠑?shù)字負載的要求。為了方面用戶的設(shè)計，美國國家半導(dǎo)體還創(chuàng)建了一些EXCEL數(shù)據(jù)表格和輔助設(shè)計設(shè)計工具，這些設(shè)計工作非常方便使用，用戶只需要輸入一些非?；镜脑O(shè)計指標(biāo)，例如輸出電壓、負載電流、輸入電壓范圍、開關(guān)頻率等，它會自動列出適合您設(shè)計需要的第四代產(chǎn)品的型號，并且非?？焖俚挠嬎愠鐾獠吭骷膮?shù)。

電源芯片設(shè)計的一個很大的難點就是補償電路的設(shè)計，對于一些不是非常有經(jīng)驗的工程師，或一些項目時間非常緊，不愿意將時間和精力花在電源設(shè)計的工程師來說，借助這些輔助設(shè)計工具就可以大大縮減您的設(shè)計時間，它可以推薦一些合適的參數(shù)來設(shè)計補償電路。


圖2 電源模塊性能特性

圖3 采用TO-Like封裝帶來的優(yōu)勢

圖4 電源模塊抗電磁輻射測試

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，這個高精度允許可以讓用戶設(shè)計一個模擬的電壓來打開或者關(guān)閉這個芯片，這樣做的好處是，當(dāng)系統(tǒng)里有多片電源管理芯片的時候，利用設(shè)置不同的打開電壓的賦值，就可以實現(xiàn)非常簡單的上電功能，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、可調(diào)整限流值等特性。另外需要強調(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)將補償電路集成進去，用戶選擇這款電路的時候，只需要使用簡單方便的陶瓷電容器就可以使整個電路穩(wěn)定了，在成本方面是一個優(yōu)勢。

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

“簡易設(shè)計”電源系統(tǒng)解決方案

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

SIMPLE SWITCHER電源模塊面向的市場非常廣闊，可以適應(yīng)于測試及測量儀表、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)自動化等。目前已經(jīng)推出市場的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10A的針對36V和20V不同應(yīng)用的電源模塊（圖2）。

相對于市場上的同類產(chǎn)品，美國國家半導(dǎo)體的電源模塊有如下優(yōu)勢：

• 封裝優(yōu)勢

• 散熱能力

• 電磁干擾非常少

• 全部引腳兼容

封裝方面是美國國家半導(dǎo)體公司的強項之一（圖3），這種封裝技術(shù)的專利正在申請中，它采用一種特別的引線框架設(shè)計，底部一面的焊盤完全裸露，這樣做的優(yōu)勢是散熱效果非常好，優(yōu)化線路布局也變得非常容易，因為引腳都在一邊，用戶在焊接的時候也非常方便。相比較市場上的同類產(chǎn)品，這種線路布局就比較難。

第二，它產(chǎn)生的熱能少于同級的競爭產(chǎn)品，對于SIMPLE SWITCHER電源模塊，當(dāng)環(huán)境溫度達到80度的時候，還可以滿負載的正常工作，但對于市場上同類的其他產(chǎn)品來說，到50度就已經(jīng)不能夠滿負載的工作了。

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關(guān)節(jié)點也集成在內(nèi)部，在電磁波輻射測試中，不管是水平貼裝還是垂直貼裝，SIMPLE SWITCHER電源模塊都遠遠低于EN55022的標(biāo)準(zhǔn)（圖4）。

第四，SIMPLE SWITCHER電源模塊的優(yōu)勢還在于版圖設(shè)計，相比較于一般的穩(wěn)壓器，它的線路布局大大的簡化，由于外部元器件的減少以及開關(guān)節(jié)點的減少，它的整個環(huán)路設(shè)計也大大簡化，對于一些設(shè)計經(jīng)驗不是很豐富以及設(shè)計周期要求比較高的工程師來說也是非常有用的。

如需了解更多產(chǎn)品性能和內(nèi)容，敬請瀏覽：

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

問答選編

問： 1.本設(shè)計工具適用多大功率?能否用于正激的設(shè)計?
2.請詳細解析設(shè)計工具的使用方法?并舉例說明?

答： 本設(shè)計工具并沒有限制功率，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。選用適合的器件（如LM5015）就可以利用此工具設(shè)計正激電路。

問： 請問SIMPLESWITCHER?易電源系列產(chǎn)品的主要應(yīng)用場合是？

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

問： 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： 開關(guān)電源的紋波與以下因素相關(guān)：開關(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到10毫伏等級。另一與電源質(zhì)量直接相關(guān)，這一點直接受PCB Layout和EMI吸收的影響。可以參照國半的AN-1229。

問： SIMPLESWITCHER易電源設(shè)計工具是否可完成AC/DC開關(guān)電源設(shè)計?

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。

問： 主要用在哪些場合？有應(yīng)用案例么？

答：應(yīng)用場合：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： 對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)部針對選用的電感已經(jīng)做了優(yōu)化。所以外加電感可能會影響整體的性能，另外某種程度上也失去了使用模塊的意義。

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

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

問： 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)其料號來判斷其指標(biāo)。

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

問： 電源的紋波輸出可以達到什么指標(biāo)？

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

問： 最高效率的同步拓撲是指什么？

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： WEBENCH離線設(shè)計工具怎么使用？

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

問： 采用哪些措施可降低開關(guān)電源的輸出紋波？

答：手段包括提高開關(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： 請問你們是否可以提供仿真軟件？

答：您可以從NS處申請USB或在NS網(wǎng)站上，均可使用仿真軟件。

問： 請問根據(jù)什么來決定輸入或輸出電容的大?。恐x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)負載對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：在一些單片機的供電上，要求電源在4~5.5V即可，那么使用LM2576等開關(guān)電源芯片作為單片機的供電，其紋波是否對單片機的工作造成影響？

答：控制輸出紋波電壓的手段包括提高開關(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)品通過使用輔助工具，都可以使最終的設(shè)計滿足應(yīng)用要求。

問：您好，您介紹的那種集成了電感和控制器的電源模塊在價格方面與之前的傳統(tǒng)設(shè)計方案有優(yōu)勢嗎？會不會價格很貴？

答：集成了電感和控制器的電源模塊在價格方面沒有優(yōu)勢，其優(yōu)勢在于：1：設(shè)計簡單，開發(fā)人員不需要很專業(yè)的電源知識。2：性能優(yōu)良，產(chǎn)品一致性高。單純的價格不會比傳統(tǒng)的電源低，但整體性價比高。

問： 如果電壓紋波要做到10mv以下對模塊外的器件是否有特殊要求？

答：通過提高開關(guān)頻率（如果開關(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）就可以實現(xiàn)10mV以下的紋波。對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： 請問專家，輸入電壓允許范圍是多少？

答：從1點幾伏到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)您不同需求來選型。

問： 請問是否有適合LED調(diào)光驅(qū)動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。

問： 在低壓差方面有哪些優(yōu)勢，在板級電路設(shè)計當(dāng)中會存 在哪些需要設(shè)計人員注意的問題？

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

問： 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)用場景中，利用變壓器是工作的占空比接近40~50%將會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撲結(jié)構(gòu)。