【经验】DC/DC转换器IC能从48V直接降压到3.3V吗？罗姆BD9V100MUF-C成功攻克该难题

时间： 2018-11-15 来源：ROHM

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ROHM推出汽车和工业设备等中需求高涨的可将48V等高输入电压直接降至3.3V低电压的DC/DC转换器IC“BD9V100MUF-C”，现有的高耐压DC/DC转换器IC可输入超过48V的高电压，但绝大多数受降压比的限制，别说能降到3.3V就连5V的也不尽人意。BD9V100MUF-C将限制降压比的功率开关的最小导通时间缩短到业界最短的9ns，从而成功攻克了该课题。

为避免误认为是“48V专用”，下面先来解释一下。BD9V100MUF-C的最大额定输入电压为+70V，推荐工作电压为+60V。而关键要点是最小导通时间仅为业界最短的9ns。仅从规格方面看，可能给人“60V输入的”感觉吧。不过BD9V100MUF-C的开发背景之一是在汽车领域48V电源系统的混合动力车备受瞩目。

48V的高电压也可支持电信48V，这也包括在目标应用中，但车载应用是ROHM的擅长领域之一，尤其对汽车节能格外关注。

48V混合动力系统之所以备受瞩目，是因为与以往的12V系统相比燃油经济性更优异。该系统中48V是车载设备基本的供给电源。众所周知，车载设备电子电路的电源是5V和3.3V等低电压，因此以往的12V系统是从标称12V降压至5V或3.3V。作为DC/DC转换器，多使用车载级耐压40V左右的降压型DC/DC转换器。这样说来，48V系统就需要从48V降压至5V和3.3V。

仅涉及输入耐压的话，是有可48V输入的降压转换器IC的。可是，涉及到可从48V降压到特别是3.3V的话，因这些IC可支持的降压比的关系，基本上现有的DC/DC转换器IC中，无法以2MHz的振荡频率从48V直接降到3.3V。

降压型DC/DC转换器在开关的1个周期内，仅在开关导通时间将输入传送到输出来进行降压。简单地讲，就是将10V输入以50%的占空比、即按导通时间50%、关断时间50%进行开关，则输出变为一半（5V）。这样讲能明白吧？

要想将10V变为3.3V，导通时间只要按33%的占空比进行开关即可了吧。将这种相对于输入电压的输出电压比称为“降压比”，降下来的电压越大，表述为“降压比越高”。反过来表述的话，就是输出电压越小，降压比越高。前面提到的从48V到3.3V的降压，用占空比说的话是3.3V÷48V≒6.9%，因此降压约93%，一般来讲可以说是非常高的降压比了。

现有的降压转换器IC是无法以这个降压比、也就是这个占空比工作的。一般相对于输入可降下来的最小电压可通过公式来表示。

最小占空比＝开关频率×最小导通时间
可降最小输出电压＝输入电压×最小占空比

其中，“最小导通时间”是指降压转换器IC可控制的最短导通时间。功率开关是晶体管，因此开/关工作需要时间。另外，决定开关占空比的内部的反馈及控制电路受延迟和噪声干扰等影响，也有控制极限。这些因素决定实际的最小导通时间、即最小导通时间的实力。换言之，降压转换器IC的最小导通时间是IC的性能之一，因此虽然不是百分之百但一般都会在技术规格书中提供这个数据。

在公式中填入示例数字看一下。假设开关频率为600kHz，最小导通时间为200ns，则

最小占空比＝600kHz×200ns＝0.12（12%）
可降最小输出电压＝48V×0.12＝5.76V

这个性能的转换器的话，如果是48V输入则降压极限是不到5.8V。顺便提一下，如果是12V输入则降压极限是1.44V，因此这个规格也可以满足绝大多数输出电压要求。

BD9V100MUF-C的另一个关键词是“最小导通时间9ns”，宣传说最小占空比更小，因此可支持较高的降压比。

现在在刚才的公式中填入9ns看一下。

最小占空比＝600kHz×9ns＝0.0054（0.54%）
可降最小输出电压＝48V×0.0054＝0.2592V

按照计算是这样的，虽然实际上无法产生低于转换器IC内部基准电压例如0.8V的输出电压，但可降到转换器IC的最小输出电压。例如将开关频率降到300kHz时，这个条件下可以实现3.3V。这是降低频率是降压比较高时的处理方法之一。

最小占空比＝300kHz×200ns＝0.06（6%）
可降最小输出电压＝48V×0.06＝2.88V

“车载”这个环境条件是关键点。汽车配有收音机，AM波段使用到1.84MHz的频率。开关电源的振荡频率如果在1.84MHz以下则会与AM波段干涉，因此要求达到2MHz以上的开关频率。如文本最前面所述，BD9V100MUF-C的一大目标市场就是车载领域，因此目标就是能够实现“开关频率2MHz以上，从48V直接降压到3.3V”。

实际计算一下结果如下：

最小占空比＝2MHz×9ns＝0.018（1.8%）
可降最小输出电压＝48V×0.018＝0.864V

进一步讲，48V是标称电压，因此当然需要余量。在48V混合动力市场，最大输入电压要求60V，填入公式后结果如下：

可降最小输出电压＝60V×0.018＝1.08V

另外，如果是3.3V输出，输入最大可以是多少呢，通过逆运算得出3.3V÷0.018＝183V。但是，BD9V100MUF-C的额定输入是70V，推荐工作电压为最大60V，因此实际上是60V。

转换器IC的最小导通时间数据表如下，最小导通时间以外是类似降压型DC/DC转换器IC的比较。

在这个调查结果中，其他公司产品的最小导通时间最短也要30ns，通过计算看距离市场需求还稍微差一点。当然也有人认为可以勉强使用，但考虑到安全余量的话，风险还是很高的。而BD9V100MUF-C则具有充分的余量，并具有满足市场需求的性能。

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全部评论（2）

海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2019-02-13

详细
螳螂猫 Lv7. 资深专家 2018-12-08

不错，学习一下基础理论。

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