提供計(jì)算解決寬輸入電壓解決方案

在設(shè)計(jì)電源時(shí)，設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)之一是如何處理瞬態(tài)電壓。保護(hù)電路不受高于集成電路(IC)額定輸入電壓（VIN）的電壓峰值破壞非常重要。在處理瞬態(tài)電壓時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以選擇在系統(tǒng)前端使用輸入電壓范圍較寬的DC/DC轉(zhuǎn)換器保護(hù)所有瞬態(tài)電壓，或者使用輸入電壓較低的DC/DC轉(zhuǎn)換器再加上鉗位電路來提供瞬態(tài)電壓保護(hù)。

乍一看，選擇第一種解決方案，額定輸入電壓為36V或60V、VIN范圍較寬的DC/DC轉(zhuǎn)換器會更貴，因?yàn)?ku的價(jià)格比額定輸入電壓更低的轉(zhuǎn)換器要高。但是，低輸入電壓轉(zhuǎn)換器瞬態(tài)電壓保護(hù)所需的電壓鉗位電路會增加10至12個(gè)外部元件，會增加材料清單（BOM）數(shù)和成本以及解決方案的尺寸。本文將對比SIMPLE SWITCHER?LM4360336 VIN、3A降壓轉(zhuǎn)換器解決方案與17 VIN、3A轉(zhuǎn)換器加吸收浪涌電壓的鉗位電路解決方案的尺寸和成本。

圖1中的電路圖為一種解決方案的例子，用于在集成電路的額定電壓低于最高輸入電壓峰值時(shí)鉗位輸入電壓。這一解決方案使用LMV431并聯(lián)穩(wěn)壓器和PNP晶體管作為控制電路。該P(yáng)通道場效應(yīng)晶體管（PFET）在VIN發(fā)生浪涌時(shí)會攜帶通過電流和增大的電壓降，增大功耗，保護(hù)DC/DC轉(zhuǎn)換器?？梢栽趹?yīng)用注釋《汽車負(fù)載突降中的過壓保護(hù)電路》中找到關(guān)于此技術(shù)的更多細(xì)節(jié)。

如圖1所示，該輸入鉗位控制電路和PFET為解決方案增加了13個(gè)外部元件。如圖2所示，根據(jù)1000數(shù)量的網(wǎng)上公布價(jià)格，這13個(gè)外部元件增加的成本為1.19美元。采用1000數(shù)量的價(jià)格0.96美元和電感、電容與電阻等外部元件的成本，17VIN 3A轉(zhuǎn)換器解決方案的成本約為1.62美元。這樣一來，使用17VIN降壓轉(zhuǎn)換器加上鉗位電路的總成本約為1.62+1.19=2.81美元。另外，控制電路與PFET將低VIN解決方案的尺寸增加了約210 mm2。17VIN, 3A轉(zhuǎn)換器約為100 mm2，整個(gè)解決方案的尺寸為100+250=350 mm2。

圖2：控制電路成本明細(xì)

另一個(gè)選擇是使用像SIMPLE SWITCHER?LM4360336 VIN、3A 同步降壓轉(zhuǎn)換器這樣輸入電壓范圍較大的DC/DC轉(zhuǎn)換器覆蓋最大VIN峰值。采用LM43603等寬VIN器件的情況下，設(shè)計(jì)人員無需使用鉗位電路，可以節(jié)省時(shí)間、成本和主板空間。根據(jù)公布的1000單位的價(jià)格1.85美元和電感、電阻與電容等外部元件的成本，LM43603解決方案的總成本約為2.51美元。這意味著使用寬VIN LM43063可以節(jié)省0.3美元，或約12%：2.51美元VS 2.81美元。解決方案的尺寸是另一項(xiàng)優(yōu)勢。Lm43603解決方案的總體尺寸約為250解決方案的總體尺寸約為250 mm2，比前一種解決方案小24%或60mm2。

LM43603等寬VIN解決方案的另一優(yōu)勢是可靠性高。正如我在此前的文章中提到的, 增加外部元件會增大系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。最可靠的解決方案是采用外部元件最少的最簡單的解決方案，因?yàn)檫@樣降低了元件發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是在一些汽車和工業(yè)應(yīng)用中，增加可靠性非常重要。另外，設(shè)計(jì)其它鉗位控制電路會為設(shè)計(jì)周期增加很大的工作量。使用控制電路和PFET意味著必須再選擇12個(gè)外部元件，進(jìn)行更多的測試和模擬，保證元件正常工作?？梢酝ㄟ^寬VIN范圍的穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本和更高的可靠性，為什么還要如此大費(fèi)周章呢？

當(dāng)然，由于廠商和供應(yīng)商的數(shù)量和合同以及設(shè)計(jì)布局的不同，價(jià)格和解決方案尺寸可能有較大差異。采用寬VIN解決方案節(jié)省的尺寸和成本百分比也會隨之變化。但是，我希望本文的分析展示了，盡管1000單位的預(yù)付價(jià)格更高，LM43603等寬VIN解決方案在處理輸入電壓瞬態(tài)過壓問題時(shí)，能夠節(jié)省解決方案成本、主板空間和設(shè)計(jì)時(shí)間。