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来自工程师的声音

作为车载用二次电源而开发的同步整流降压型DC/DC转换器

与LDO同等的元器件数与安装面积,
效率和供给功率大幅提升

BD9S系列-其2-

关键词
  • 可靠性
  • 效率
  • 外置元器件
  • 安装面积
  • 小巧
  • 设计简单

– 继车载与二次电源及其概述之后,请介绍一下BD9S系列的特点。

简单地说就是:高效、小巧、外置元器件少、设计简单。当然也支持车载应用。仅此表述的话,仅仅是司空见惯的老生常谈,因此请允许我进一步说明。

首先来谈一谈外置元器件减少到惊人的程度这一点。通过在IC中内置电压设置电阻、功率晶体管及相位补偿电路,使外置元器件仅需3个即可。所需要的仅为输入电容器、电感、输出电容器。而且,因2.25MHz的高速开关,使输入输出电容器可使用10μF~47μF的小容值小型电容器。
电感也仅1.5μH,非常小巧。谈及“小巧”的特点,IC的封装也非常小,采用了与以往产品相比体积减小约80%的HTSOP-J8封装。

尺寸为6.0mm×4.9mm,最大高度1.0mm。加上外置元器件后的安装面积约为225mm2。例如,15mm×15mm的面积足矣。

02E_graf01

– 确实很小巧,如果有什么对比案例,可能会更容易理解。

与以往同等的DC/DC转换器相比,外置元器件从需要15个到仅需3个,从元器件数量如此显著减少这点看就可以很容易理解。安装面积从需要400mm2左右减少至仅需约一半左右。
比起这些,下面这些对比结果更具惊人之处。实际上,LDO即低损耗的线性稳压器仍然作为二次电源被广为使用。

普通的LDO,其外置元器件有2个,即输入输出电容器,标准的安装面积为225mm2左右。我想您已经注意到了,BD9S系列的安装面积几乎与LDO相同。替换LDO时,仅增加一个电感即可,安装面积不变。
另一重要之处是,该尺寸LDO的输出电流充其量仅为1A,这是因为存在发热问题。而BD9S系列的效率更高,因此相同尺寸的可供应达3A的输出电流。

02E_graf02

– 那么预期效率有多少呢?

首先,BD9S系列采用同步整流方式的DC/DC转换。我想现在已经无需再说明了,这是在一般情况下可选择的DC/DC转换方式中效率最高的方式。

下面使用图表来说明BD9S系列的实际效率。这是1.5V/3A输出的BD90535EFJ-C相对负载电流的效率,条件分Light Load MODE(轻负载模式)和PWM MODE(PWM恒定模式)、输入电压3.3V和5V不同的条件。

从图中可以直观地看出,该条件下的最大效率在Light Load MODE时为93%左右,PWM MODE时为88%左右,其负载电流均为450mA左右。如果以LDO的效率为例,则在1.5V输出时,5V输入时的效率为30%、3.3V输入时的效率为45%。

– Light Load MODE与PWM MODE在轻负载时的效率差异相当大是吗?

控制方法不同,目的也不同。Light Load MODE在负载电流大幅变动,例如满负载与待机状态时,在整个范围内提供最高效率。但是,也因此,在轻负载时进行间歇开关工作。

– 能否具体介绍一下?

负载变大时,以固定频率的PWM工作;负载减轻时,切换为间歇工作。
不需要太大的负载电流时,时歇时作,进行仅供应所需功率的工作。这在低负载时也能保持高效率,特别是在待机时间长的应用中效果明显。
然而,低负载时,开关频率随机,产生的开关噪声的频率也不固定,在对噪声敏感的应用中,是给S/N带来不利影响的重要原因之一。

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– 是不是PWM固定工作的存在就是与此有关?

的确如此。选择PWM固定工作时,即使负载减轻时,也不进行间歇工作,即不休息而以相同的间隔持续工作。因此,轻负载时可以休息却继续工作,因此效率会变差,但产生的开关噪声频率相同,噪声处理比较容易。
换句话说,当应用要求高效率时就采用Light Load MODE,降噪更重要时,哪怕多少要牺牲些效率也采用PWM MODE。

– 这样,我们知道了BD9S系列具有安装面积与LDO几乎相同,元器件数量也仅增加一个电感,而且效率也明显提高,因此可供应更大功率的优点。
可是,据说开关稳压器的设计会很麻烦是吗?

确实以往的开关稳压器,因外置元器件多,常量计算等设计稍微麻烦一些,这是事实。
但是,BD9S系列的元器件仅需3个。而且我们还提供推荐元器件与PCB板布局,因此简单地说只要按照我们的推荐去做即可。真的与LDO相同的感觉即可完成设计,设计非常简单。

– 还有其他关键要点吗?

还需补充一点,就是与车载相关的信息。提到车载,我们已经就车载级产品符合AEC-Q100标准、工作温度、管理体制以及二次电源的有效性进行了相关说明,在此从可靠性的角度进行补充。

设备的可靠性需要综合考虑元器件的故障率和MTBF。简言之,如果元器件的可靠性相同,则元器件数量越少,可靠性越高。前面已经举例说明安装面积、成本、设计的简单程度等,需要补充的是,对于汽车这类非常重视可靠性的应用来说,提高性能的同时减少元器件数量,有助于提高可靠性。

BD9S系列-其1-

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