如何为降压应用选择合适的Buck转换器和控制器？
技术文章 | 如何为降压应用选择合适的Buck转换器和控制器？
01 DCDC降压稳压器是什么
DC-DC电源中常用的降压稳压器，依靠两个功率开关管来执行开关功能。开关管在控制器的驱动作用下，以一定的占空比交替在电感里存储能量并释放给负载。一般从芯片是否集成了开关管来区分DCDC降压稳压器：降压转换器（集成功率开关管）和降压控制器（外置功率开关管）。
图1 SCT2A23降压电路
降压转换器如图1由一颗SCT2A23芯片、一个功率电感L1及输入输出电容，构成了100V输入转换成12V输出的降压电路，功率开关管集成在了芯片内部，如图2所示HS、LS。
图2 SCT2A23 芯片内部框图
降压控制器如图3所示，芯片内部无功率开关管。
图3 SCT82A30 降压控制器内部框图
如图4所示，降压控制器内部只有控制电路，故而叫控制器。需外加功率开关管才能构成一个完整的降压电路：由SCT82A30、两个功率开关管Q1和Q2、功率电感L1及输入输出电容，构成了100V输入转换成5V输出的降压电路。
图4 SCT82A30 降压电路
02 转换器与控制器的应用特点
同步Buck转换器与控制器到底孰优孰劣涉及诸多考量，如功率需求、空间约束、成本控制等。
实际应用中，转换器主要用于较高电压转换至较低压的输出，比如12/24/48V转5V,5V转1.2V/1.8V等。这类应用下，下管会有更长的导通时间，因此下管比上管更低的Rdson设计，有利于均衡上下管所产生的导通损耗和覆盖大部分应用需求。如图5 SCT2A23，上管Rdson是530mΩ，下管Rdson是220mΩ。
图5 SCT2A23部分参数
因此对于某些大占空比输出特殊应用场合时，由于内部MOS固定，转换器可能不能实现标称的最大电流能力输出。控制器则可根据应用需求灵活选择不同的外置MOSFET，调整上下管的功率损耗分配。
03 如何正确选择Buck控制器的功率MOS
功率MOS作为Buck系统功率路径的阀门与功率损耗的承载者，选好功率开关管对电源系统的高效稳定运作十分重要。这需要系统效率/温升情况/空间尺寸/成本等多维度综合考虑。
1、功率MOS的耐压
MOS管的漏源耐压需要大于开关节点的最大关断震荡尖峰电压，这需要考虑最大输入DC电压下的SW节点尖峰电压VSW_PEAK=VIN_MAX+VNOISE 如图6仿真值
在初步选项时，通常耐压可以先以VDS>120%×VIN_MAX的安全裕量进行考虑。噪声电压VNOISE是由功率环路寄生杂感在快速的di/dt开关变化下产生，调试时可以通过减缓开通关断速率或增加RC吸收的方式降低，确保VSW_PEAK在MOSFET安全耐压内。
图6 开关节点电压尖峰
2、控制器驱动MOS的损耗分析
为确定MOSFET是否适合某一应用，需要先计算其功率损耗和温升情况，再去考虑哪些关联参数可以优化。首先，MOSFET上产生的总损耗PTotal=导通PCON+开关损耗PSW 如图7两部分能量损耗：
图7 MOSFET功率损耗构成
导通损耗PCON通过欧姆定律即可得出，D为导通占空比：（1）
上管开关损耗依据如下公式，开通与关断分别是在电感电流的谷值和峰值进行动作（2）
开关MOS管的开启关断过程如下图8所示，开关过程的损耗发生在电流电压的极速变化区间，从栅极电压升至VGS_th阈值电压到米勒平台结束的时间，记作tf，从米勒平台开始到栅极降至VGS_th阈值电压的时间，记作tr。
图8 MOSFET开通关断过程
tr和tf是与控制器的内部驱动参数和外置MOS的特性参数相关，如图9所示的驱动环路，其计算可根据电荷量公式Q=I×t近似得出（3）
图9 控制器驱动MOSFET的驱动环路
式中RG为控制器驱动端外部串联到MOSFET栅极的驱动电阻。RON_H和RON_L分别是控制器驱动端内部的导通漏源阻抗，如下图截取控制器SCT82A30电气性能表格中列出的Gate Driver值。
因此，MOS管的总栅极电荷量Qg、开通阈值电压VGS_th、驱动器内部的漏源阻抗RON以及驱动电压VDD，对MOS管在高速开关过程中的开关损耗有较大的影响。
下管的开关瞬态过程损耗，主要是死区时间内体二极管的续流损耗，损耗值
PSW_L可由（4）
其中tLGD_DT和tHGD_DT分别是上管导通时的死区时间和下管导通时的死区时间。在规格书中分别是25ns和22ns。
确认极限应用时的内部结温（热阻）
除了损耗，需要对器件进行热评估，初步判断所选MOS管的结温情况能否满足所需，确保结温限制在一定安全裕量。不同的热特性参数（热阻）描述的是因损耗产生的热在不同传播路径的阻抗(如图10)。
图10 封装器件热传递路径
两节点之间的温度差（ΔT）=两点之间的热阻值Rθ×在器件上的总损耗PTotal；
初步评估通常使用热阻值RθJA（结温到环境温度的热传递路径）和RθJC（结温到器件壳表面中心热传递路）（5）
SCT82A30是一颗5.5V-100V输入的同步降压控制器，可以提供驱动端2.3A和3.5A栅极拉罐电流能力，有效降低对外置MOSFET结电容等参数的要求，实现大功率大电流场景应用。内部提供7.5V稳压源，用于驱动外部MOSFET开通于合理的线性区；
图11 外部供电VCC图示
芯片可选两种外部电源供电为VCC供电，降低了芯片在高输入电压时内部LDO耗散的功率, 降低发热，提高系统整体效率。当EXTVCC超过4.7V时关闭内部LDO、接通到VCC。如图12在48V/72V应用时，使用外部EXTVCC带来13%效率提升。
图12 SCT82A30外部供电效率差异
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应用方案 发布时间 : 2024-07-30
虹茂半导体（HONGMAO SEMICON）电源管理IC/信号链IC选型表（订货型号）
目录- 耐高压LDO IC和LDO IC 带使能LDO IC 可调输出LDO IC 三端稳压IC DC-DC 升压/反压IC DC-DC降压/变换IC 低电压检测IC(复位IC) 看门狗电源监测IC 单节锂电线性充电IC/太阳能供电的单节充电IC 电池充电IC 锂电保护IC 电压基准源IC 运放/比较器IC 恒压恒流控制IC 逻辑电路IC 模拟开关IC PWM控制IC I2C实时时钟/日历IC RS232接口IC LED驱动IC 单通道直流有刷马达正反转驱动IC 7/8路达林顿驱动IC 全极性/单极性低功耗霍尔IC
型号- HM7533HMR,HM5450BPR,HM5054B,HM1509HV-3.3,HM5208系列,HM5633BPR,HM7818M5,HM74HC 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研讨会2024模拟电源信号链新技术研讨会
描述- 9月5日直播，带来光通讯、光模块、光伏储能（模拟ADC）、激光雷达（GaN驱动）、新能源、BMS、交换机（POE）、医疗健康、OBC、机器人、安防监控、电动工具、个人护理、数字电源、智能座舱、充电桩、T-BOX、变频伺服等领域模拟电源信号链新产品新技术，点击了解报名。
议题- 信号链：射频开关，ADC，DAC，运放，比较器，数模混合IC，温度传感器 | 电源管理：锂电管理，氮化镓驱动，马达驱动，高低边驱动，DC-DC，AC-DC，电压基准源 | 汽车：车身电子，HUD，激光雷达，智能座舱，OBC，充电桩，T-BOX，氛围灯，车载摄像头，倒车雷达，热管理，BMS | 光通讯，光模块，交换机（POE），AFE，个人护理，医疗健康 | 可再生能源：光伏储能（模拟ADC产品） | 工业：机器人，变频伺服 | 电力：数字电源，电动工具，安防监控 | SG Micro Corp（圣邦微电子）——十大中国IC设计公司之一，模拟集成电路领导者 | 模拟与嵌入式产品和解决方案供应商——思瑞浦（3PEAK） | 以模拟技术为优势的电子器件和微波产品，为客户提供最佳的模拟解决方案——Nisshinbo (日清纺) | 国产首款40V、5A 、AEC 、Q100车规级低能耗高可靠电源降压芯片生产商——芯洲科技（SCT） | 高性能模拟和数模混合半导体供应商——JW JOULWATT（杰华特） | 全球首家Force Touch SoC芯片供应商——芯海科技（CHIPSEA） | 全球电子成就奖●年度微控制器/接口产品奖获得者——国民技术（Nations） | 专业的高性能模拟器件及数模混合芯片解决方案供应商——拓尔微电子（TOLL） | 专注于高性能、高品质模拟/混合信号的芯片设计公司：润石科技(Runic) | 专注于高性能模拟及混合信号芯片设计——领慧立芯（legendsemi） | 致力打造世界一流高端模拟芯片方案供应商——治精微（ZJW） | 高端模拟及数模混合芯片和解决方案供应商——类比半导体（AnalogySemi） | 高性能全范围模拟信号链（放大器/ADC/DAC/基准/电源）芯片供应商——士模（CIMO） | 致力于向客户提供多品类、全系列电源管理芯片产品及解决方案供应商——ETA SEMICONDUCTOR（钰泰半导体） | 专注BMS，电源及可编程模拟芯片的知名半导体厂商——芯祥科技（EnergyMath） | 专注研发小型化、高可靠电源，为客户提供完整可靠的电源解决方案——ZOEYGO（中逸光） | 专业从事电源产品的研发、生产、销售及综合解决方案的模块电源生产厂家——TOPPOWER（顶源科技） | 模拟芯片领先设计商——微源半导体（LPSemi） | 领先的高密度神经刺激芯片和生物传感芯片供应商——Nanochap（暖芯迦） | 专注于高性能信号链集成电路产品研发——芯聚威（Silicoway） |
活动 发布时间 : 2024-06-28
开关型降压稳压器LM2596凭借其高效、稳定、紧凑的特点，在现代电子设备中具有广泛的应用前景
LM2596是一款广泛应用于各种电子设备中的开关型降压稳压器。它具有高效、稳定、紧凑等特点，为现代电子设备提供了可靠的电源解决方案。本文芯伯乐将为您详细介绍LM2596降压稳压器的作用、特点及其应用。
产品 发布时间 : 2024-07-29
芯洲科技针对POE交换机应用提供非常丰富的电源管理产品，一站式设计完成POE交换机的电源架构
芯洲科技可为适用于任何前端适配器的PoE交换机提供广泛的电源解决方案，包括升压控制器（Boost Controller）、降压控制器(Buck Controller)、中高压降压转换器(Buck Converter)。芯洲科技针对POE交换机应用，具有非常丰富的电源产品，尤其是60V和18V降压转换器不同电流的覆盖范围非常广，同时也在提升性能、保护功能等上做了优化。
应用方案 发布时间 : 2023-07-30
【应用】芯洲科技为智能座舱/ADAS/OBC提供车规级电源管理芯片，轻松解决EMI及过流保护等痛点问题
芯洲科技近期上线10多款车规电源芯片产品：LDO、降压变换器、升压/升降压/反激控制器、MOS管驱动、功率保护器件、集成PMIC产品等。为智能座舱/ADAS域应用、车载动力域、车身域等各类车载应用提供全方位的电源解决方案。
应用方案 发布时间 : 2023-08-04
【经验】基于SGM6132降压稳压器设计的非隔离、非同步整流型降压DCDC电源转换电路，效率可达91%
基于SGM6132降压稳压器设计的非隔离、非同步整流型降压DCDC电源转换电路，效率可达91%，SGM6132是一款带内部功率MOSFET的电流模式降压稳压器。该器件可在4.5V至28.5V的宽输入电源范围内实现3A连续输出电流，并具有出色的负载动态调整率。 SGM6132的开关频率为1.4MHz，可极大的提高电源的转换效率，电流模式操作可提供快速瞬态响应并简化环路，提高稳定性。
设计经验 发布时间 : 2018-07-24
【应用】宝砾微PL5500双向DCDC升降压控制器用于户外电源充电器，宽电压输入范围为3.6~32V
户外电源供电，MCU通过I²C控制同步升降压充电控制器，PD协议芯片判断快充参数，输出TYPE-C充电电压实现充电。宝砾微的PL5500作为户外电源充电器的核心控制器件，是一款耐压高达40V，20A输出电流，具有正向充电、反向放电功能的双向DCDC升降压控制器，可满足应用需求。
应用方案 发布时间 : 2022-04-12
PWM/PFM控制DC-DC降压稳压器JW5211，输出电流达800mA，静态电流典型值40μA
JW5211是SLKOR推出的一款由基准电压源、振荡电路、比较器、PWM/PFM控制电路等构成的CMOS降压DC/DC调整器。利用PWM/PFM自动切换控制电路达到可调占空比，具有全输入电压范围（1.8~5.5V）内的低纹波、高效率和大输出电流等特点。本产品结合了微型封装和低消耗电流等特点，最适合在移动设备的电源内部使用。
产品 发布时间 : 2024-02-24
SCT82A30 6V-100V Wide Input Voltage Range Synchronous Buck Controller
型号- SCT82A30,SCT82A30DHK,SCT82A30DHKR
虹茂半导体(HONGMAO SEMICON)IC产品参数选型指南（中文）
目录- 公司简介 LDO IC 充电IC 电子烟咪头IC 保护/监测IC 升/降/反压IC RS232接口IC DC-DC降压型LED驱动IC LED日光灯/球泡灯/台灯驱动IC 非隔离降压稳压IC(小家电电源IC) 运放IC 比较器IC 逻辑电路IC 模拟开关IC 实时时钟日历IC 驱动IC 全极性/单极性低功耗霍尔IC 三端稳压IC 通用DC-DC变换IC 控制IC 电压基准源IC 同步整流IC 达林顿驱动IC
型号- HM8805-ADJ,HM29151,HM4115A,HM29152,HM61CXX2,HM5054B,HM4115B,HM809,HM54XXBM5,HM74HC595T,HM5430D4,HM74HC245D,HM8100,HM8101,DW01A,HM2675HV,HM8008DR,HM4115ES,HM5068,HM4115MR,HM5501,HM9708A,LMV358,TL494,HM78XX,HM4056HA,HM74HC245T,HM7805,HM4051AD2,HM4057E,HM2101K,HM4057H,JRC4558,LM2596HV,HM1509B,HM1509E,HM6033,HM6032,HM6030,HM74HC164,HM5056RD,HM5501DR,HM5056RD8,HM8008MR,HM3157,HM2101,HM61NXX2,JRC4560,HM56XXB,HM5056RE,HM2741,HM2740,LM393,HM116A,HM73XXH,HM73XXN,HM5055DR,HM5501MR,HM3140E,HM74HC138D,HM8005DR,HM4310,HM73XX,HM4275,HM4313,HM6216,HM6214,HM4057D6,HM4057D8,HM4051A,LM258,ULN2003A,HM7660,LMV393,MC34063,HM56XXBM5,HM3141E,HM317,HM4024,HM9715,HM1509HV,ULN2803A,HM6206,HM432,HM1156,HM54XXB,HM431,HM8005MR,HM4051ADR,HM6208,HM4057DR,HM73XXHB,HM1558,HM5460ANZ,HM75XXH,HM78XXM5,HM5415ARA,HM1509,HM62783A,ULN2004A,LMV321,HM5430D,HM8541,HM5056DR,HM8006DR,HM6235,HM4056,HM6234,HM4057,HM4054,HM3122,ULN2804A,HM5415ABA,HM3121,HM3005,HM75XXHB,HM5052MR,AMS1117B,HM117D,LM2596,LM358,LMV331,HM78L05,HM6230,HM5056ES,HM4054K,HM3232,HM5511B,LMV324,HM6226,HM8006MR,HM62784A,HM4054E,HM4070D8,LM2576HV,HM74HC04D,LM321,HM4056A,LM324,HM2675HVT,L9110E,HM2675HVS,L9110,HM8563,HM6382,HM75XX,HM1084,HM9921,HM9922,HM462,HM9923,HM465,HM53XXB,HM2103K,HM4055H,UC3842,HM4070DR,UC3843,HM4070,HM118,LM339,HM116,HM78M05,HM5415ASA,HM5208FM,AMS1117,HM5431,HM9910,HM6245,HM5155,HM5430,HM5831,HM1232,HM1234,DW03,HM232,HM5056D8,JRC4580,HM74HC595D,HM3139,HM1235,HM809系列,HM4056E
绿联25000mAh 145W笔记本充电宝拆解报告：宝砾微电子PL5500升降压控制器支持充电和放电管理
绿联推出了一款支持145W输出的充电宝，移动电源内两路升降压电路均采用宝砾微PL5500双向同步升降压控制器控制，移动电源采用两片PCB组合，内部采用硅胶导热垫填充，加强散热能力，PCBA模块采用导热垫连接到外壳的石墨导热贴散热，降低温升。
应用方案 发布时间 : 2024-01-09
ROHM（罗姆）电源管理IC选型指南（英文）
目录- Linear Regulators Switching Regulators System Power Supply ICs Non-isolated type ACDC Controller ICs Isolated and Non-isolated Type ACDC Converter Isolated Type ACDC Converter ICs Gate Drivers Temperature Monitor Power Management Switch Wireless Power Battery Management IC Voltage Detectors (Reset ICs)
型号- BD7673AG,BU90006GWZ,BAJ0CC0FP,BD81026MUV,BA18JC5T,BD52XXFVE SERIES,BD18KA5W,BD1CIC0WHFV,BD1CIC0W,BU43XXG SERIES,BH25RB1WGUT,BD18HA3WEFJ,BD7602GUL,BU27TA2WHFV,BD82001FVJ-LB,BAJ2CC0WT,BD12IC0MEFJ-LB,BD50FA1MG-M,BD9109FVM-LB,BD15HA5WEFJ,BD50HC5MEFJ-C,BA70BC0FP,BD50FD0WHFP,BD70GA5MEFJ-LB,BD50HC5MEFJ-M,BM61M41RFV-C,BD9C301FJ,BU48XXF SERIES,BD15KA5WFP,BU1BTD2,BD30GA5MEFJ-M,BD15GC0MEFJ-LB,BD00GA5MEFJ-LB,BM2SC123FP2-LBZ,BD80C0AWFP2-C,BD50GA3WNUX,BD9P135MUF-C,BD18HC0MEFJ-M,BD46EXX1G-M,BU30TA2WNVX,BD71L4LG-1,BD30IC0W,BD95821MUV,BA50JC5T,BD70HC0WEFJ,BD00GC0MEFJ-M,BD8158FVM,BD49XXFVE SERIES,BA25BC0WFP,BD12IC0WEFJ,BD18HA3MEFJ-LB,BD53XXG-2M SERIES,BU32TD3WG,BM6112FV-C,BD87A34FVM,BM2P26CK-Z,BD30GA3W,BD90FD0W,BD52XXG-2C,BD6046GUL,BD47XXG 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