上海矽朋微電子最新推出的SSP9481是一款高性能的80V、1A異步降壓轉(zhuǎn)換器，非常適合用于設(shè)計寬范圍輸入電壓（4.5V至80V），且具備1A帶載能力的電源系統(tǒng)。

下面，我們將詳細(xì)闡述如何使用SSP9481芯片來完成40V~60V輸入，輸出為3.3V，帶載能力為800mA的電源設(shè)計任務(wù)，包括芯片關(guān)鍵參數(shù)的選擇、電路設(shè)計、元器件選型以及性能優(yōu)化等方面。

SSP9481的產(chǎn)品特點

輸出1A持續(xù)電流，1.5A峰值電流4.5V至80V寬工作電壓范圍

1Ω的內(nèi)部功率MOSFET480KHz固定開關(guān)頻率

陶瓷輸出電容穩(wěn)壓

逐周期過流保護

熱關(guān)斷保護

效率高達(dá)92%

輸出從1V到0.95Vin可調(diào)低關(guān)機模式電流:<1μA

封裝形式:S0T23-6

SSP9481的原理介紹

典型應(yīng)用圖

下圖為SSP9481的典型應(yīng)用圖(輸出電壓為5V)，具體內(nèi)容可以簡化為輸入部分、控制部分、輸出部分以及反饋部分。

輸入部分:電容C1;

控制部分:SSP9481芯片以及自舉電路C2;

輸出部分:二極管D1、電感L1、電容C3;

反饋部分:電阻R1、R2以及電容C4。

圖 1丨典型應(yīng)用圖

芯片引腳圖

圖 2丨芯片引腳圖

BST:自舉電容的引腳端，內(nèi)部提升高邊MOSFET驅(qū)動管的正電源極。在該腳與SW之間連接一個升壓電容。

GND:接地端

FB:反饋端

SW:開關(guān)輸出引腳，需要就近接一個低VF的肖特基二極管到地以減少開關(guān)尖峰。

VIN:電源輸入端，并接一個電容來儲能和去耦

EN:使能引腳端

極限參數(shù)

推薦工作條件

外圍元器件選型

電容選型

輸入電容選型

輸入電容的主要目的是儲能和濾波，以防止輸出需要大電流時候，外部供電模塊來不及供電，從而導(dǎo)致輸出電壓跌落的現(xiàn)象。

輸入電容器可以是電解、鉭或陶瓷電容，需要加一個小的陶瓷電容器（0.1μF）就近放置芯片輸入管腳。當(dāng)使用陶瓷電容,確保他們有足夠的電容值防止輸入過度的電壓紋波。

根據(jù)設(shè)計要求，ILOAD為輸出電流0.8A，fs為開關(guān)頻率480KHZ，C1為輸入電容，Vout為輸出電壓3.3V，VIN為輸入電壓40V~60V，輸入電容器可以是電解的、鉭或陶瓷的。當(dāng)輸入電壓較高時，建議使用鋁電解電容作為輸入電容，可以有效緩解熱插拔上電帶來的輸入電壓尖峰，為了減少潛在噪聲，在使用電解電容器時，應(yīng)盡可能放置一個小型X5R或X7R陶瓷電容器，例如0.1μF/100V的貼片陶瓷電容來濾除輸入直流電壓中的高頻信號。

本例中選用47μF/100V+100nF/100V作為輸入電容。

輸出電容選型

公式:

L為輸出濾波電感，RESR為輸出電容器的等效串聯(lián)電阻值，COUT為輸出電容值。對于開關(guān)電源模塊，電源自身會產(chǎn)生和開關(guān)頻率一致的電源紋波，始終疊加在電源上輸出。輸出紋波也會由輸出電容的內(nèi)阻所引起，不斷的給輸出電容充放電，充電電流在輸出電容的內(nèi)阻RESR兩端就會有壓降，這個就會產(chǎn)生輸出紋波，所以在選擇輸出電容的時候盡量選擇RESR較小的貼片陶瓷電容而不是電解電容，選擇幾個電容并聯(lián)也是為了降低輸出阻抗?？刂苹芈返捻憫?yīng)較快（COT），開關(guān)頻率較高，或者負(fù)載變化不大的場合用陶瓷電容即可。

不同類型的電容之間存在一些差異，對于陶瓷電容，開關(guān)頻率下的阻抗由電容決定。輸出電壓紋波主要由電容引起，為簡單起見，輸出電壓紋波可通過以下公式估算：

公式:

根據(jù)公式計算，輸出電容我們選擇2*22μF/10V+0.1μF/50V,輸出紋波約為13mV（峰峰值）左右。

電感選型

輸出電感選型

輸出電感的主要作用是用來穩(wěn)定輸出電流以及儲能，輸出電感和輸出電容組成的LC濾波電路主要用來平滑輸出電壓，使輸出電壓是一個穩(wěn)定的直流。在選擇輸出電感的時候，除了要考慮電感值的大小外更要考慮電感所能抑制的電流值。對于BUCK開關(guān)變換器的輸出電感的電流額定值最少是1.2倍的輸出電流。電感紋波電流（ΔIL）為負(fù)載電流的30%。對于大多數(shù)的設(shè)計，電感值可由公式得到:

公式:

根據(jù)公式計算，電感L可以選擇22μH,電感額定電流為1A

肖特基二極管選型

上管開關(guān)關(guān)閉時，輸出二極管為電感電流續(xù)流。為減少二極管正向?qū)妷汉头聪蚧謴?fù)帶來的損耗，請使用肖特基二極管。流經(jīng)二極管的平均電流可根據(jù)以下公式估算出：

公式:

選擇肖特基二極管的耐壓時，反向擊穿電壓VR要大于最大輸入電壓的20%~30%為宜，并不是耐壓越高越好，隨著耐壓的升高肖特基二極管的正向壓降VF越大。

綜上：本例中肖特基二極管我們可以選擇SS18

反饋電阻選型

反饋部分電阻的選擇，SSP9481通過外接反饋電阻形成一個閉環(huán)的電路，從而使輸出穩(wěn)定為設(shè)定輸出值。通過R1和R2的分壓得到反饋電壓，VFB典型電壓值0.812V。

公式:

各輸出電壓的參考電阻

直接使用手冊中推薦的阻值即可

最終原理圖

PCB布局注意事項

Layout 設(shè)計

1. Vin電容應(yīng)就近放置在芯片的Vin管腳和芯片的地之間，盡量在一層，因為輸入電流不連續(xù)，寄生電感引起的噪聲對芯片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響。高頻環(huán)路的環(huán)路越小，磁場能量越小。

2.FB是芯片最敏感，最容易受干擾的部分，是引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的最常見原因:

1)FB電阻連接到FB管腳盡可能短，減少噪聲的耦合。

2)遠(yuǎn)離噪聲源，SW點（開關(guān)節(jié)點），電感，二極管（非同步buck）。

3.放置電感不需要和放置輸入電容一樣距離IC那么近，以最小化開關(guān)節(jié)點的輻射噪聲。一般不建議電感下面鋪銅，接地層出現(xiàn)的渦流會導(dǎo)致電感的感量變小。

4.輸出濾波電容盡可能的靠近電感。高頻環(huán)路的環(huán)路越小，磁場能量越小。

如圖：

SSP9481型號DEMO板

5.SW點是噪聲源，保證電流的同時保持盡量小的面積，遠(yuǎn)離敏感的易受干擾的位置。減小節(jié)點面積和更換體積更小的電感，可以減弱電場場強，如圖：

SSP9481型號DEMO板

測試驗證

輸入電壓測試

本次測試使用設(shè)備：普源牌MSO5204數(shù)字示波器以及萬用表

示波器紋波測試設(shè)置

耦合方式：交流耦合

帶寬限制：20M

表筆：X1

使用接地彈簧測試

普源MSO5204數(shù)字示波器

下圖所示為輸出電壓上電的測試圖，從示波器上可以看出，輸出電壓最大值是3.40V，輸出電壓上升沿平緩，沒有振鈴和電壓過沖等現(xiàn)象。

輸出電壓上電測試

下圖為輸入電壓40V,負(fù)載800mA時輸出電壓的紋波，從示波器中可以看出，紋波的峰峰值為14.25mV

輸出紋波測試圖

下圖為輸入電壓60V,負(fù)載800mA時輸出電壓的紋波，從示波器中可以看出，紋波的峰峰值為17.42mV

輸出紋波測試圖

從實際測試波形上看，輸出電壓紋波峰峰值與計算結(jié)果非常接近。

結(jié)語

Conclusions

矽朋微電子SSP9481產(chǎn)品功能豐富、性能優(yōu)異、穩(wěn)定性與可靠性較高，可廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)電力系統(tǒng)等，能夠提供穩(wěn)定可靠電源方案。