El nuevo SSP9481 es un convertidor buck asíncrono de 80 V y 1 A de alto rendimiento ideal para el diseño de sistemas de alimentación con una amplia gama de tensiones de entrada (4,5 V a 80 V) y capacidad de carga de 1 A.
A continuación, explicaremos cómo utilizar el chip SSP9481 para realizar tareas de diseño de fuentes de alimentación de 40 V~60 V de entrada, 3,3 V de salida y 800 mA de capacidad de carga, incluida la selección de los parámetros clave del chip, el diseño del circuito, la selección de componentes y la optimización del rendimiento.
Según la hoja de datos, podemos entender que las características del SSP9481 cumplen los requisitos de selección de parámetros.
Características：
- Salida 1A corriente constante, 1,5A corriente de pico
- Rango de tensión de entrada:4,5~80V
- MOSFET de potencia interno de 1Ω
- Frecuencia de conmutación fija de 480 kHz
- Estable con condensadores cerámicos de salida de baja ESR
- Protección limitadora de corriente ciclo a ciclo
- Protección térmica
- Eficacia >92%
- Salida de 1V a 0,95×Vin ajustable
- Baja corriente en modo de apagado: <1μA
- Encapsulado SOT23-6
A continuación se muestra un diagrama de aplicación típico del SSP9481 (la tensión de salida es de 5 V); el contenido específico puede simplificarse en la parte de entrada, la parte de control, la parte de salida y la parte de realimentación. Parte de entrada: Condensador C1; Parte de control: Chip SSP9481 y circuito bootstrap C2; Parte de salida: diodo D1, inductor L1, condensador C3; Realimentación: resistencias R1, R2 y condensadores C4.
Diagrama de aplicación típica
Configuración de pines:
Diagrama de pines del chip
BST: El extremo de la patilla del condensador de arranque, que eleva internamente el terminal positivo de alimentación del tubo conductor MOSFET de lado alto. Conecte un condensador de refuerzo entre la patilla y el SW.
GND: Clavija de TIERRA
FB: Entrada de realimentación
SW: Pin de conmutación, debe conectarse a un diodo Schottky de baja VF cercano a tierra para reducir los picos de conmutación.
VIN: pin de alimentación, y conectar un condensador para almacenar energía y desacoplar
EN: Lleva esta patilla a un nivel lógico-alto para habilitar el circuito integrado.
Valores máximos absolutos
| Parámetro | Gama |
| Tensión de alimentación (VIN) | -0,3V~85V |
| Tensión de conmutación (VSW) | -0.3V~VIN(MAX)+0.3V |
| BST a SW | -0,3V~6,0V |
| Todos los demás pasadores | -0,3V~6,0V |
| Potencia continua (TA=+25°C) | 0.568W |
| Temperatura de unión | 150℃ |
| Temperatura del plomo | 260℃ |
| Temperatura de almacenamiento | -65℃~150℃ |
| Resistencia térmica de la unión al ambiente (θJA) | 220℃/W |
| Resistencia térmica de unión a caja (θJC) | 110℃/W |
Condiciones de funcionamiento recomendadas
| Parámetro | Gama |
| Tensión de alimentación (VIN) | 4,5V ~ 80V |
| Tensión de conmutación (VSW) | 1V ~ 0,95*VIN |
| Temperatura de funcionamiento | -40℃~85℃ |
Nota 1: El límite máximo significa que el chip puede resultar dañado si supera el rango de funcionamiento. El rango de funcionamiento recomendado se refiere al rango dentro del cual el dispositivo funciona con normalidad. Los parámetros eléctricos definen las especificaciones de los parámetros de CC y CA del dispositivo dentro de su rango de funcionamiento y en condiciones de prueba que garantizan indicadores de rendimiento específicos.
2.Selección del condensador
2.1 Selección de la capacitancia de entrada
El principal objetivo del condensador de entrada es almacenar energía y filtrar, para evitar que el módulo de alimentación externa deje de suministrar energía cuando la salida requiere una gran corriente, lo que provoca una caída de la tensión de salida.
Los condensadores de entrada pueden ser electrolíticos, de tantalio o cerámicos, y es necesario añadir un pequeño condensador cerámico (0,1μF) para colocar cerca el pin de entrada del chip. Cuando utilice condensadores cerámicos, asegúrese de que tienen valores de capacitancia suficientes para evitar que la entrada tenga un rizado de tensión excesivo.
Según los requisitos de diseño, ILOAD es la corriente de salida 0,8A, fs es la frecuencia de conmutación 480KHZ, C1 es el condensador de entrada, Vout es la tensión de salida 3,3V, VIN es la tensión de entrada 40V~60V, y el condensador de entrada puede ser electrolítico, de tantalio o cerámico. Cuando la tensión de entrada es alta, se recomienda utilizar condensadores electrolíticos de aluminio como condensadores de entrada, que pueden aliviar eficazmente el pico de tensión de entrada causado por el encendido en caliente. Con el fin de reducir el ruido potencial, cuando se utilizan condensadores electrolíticos, un pequeño condensador cerámico X5R o X7R debe colocarse lo más lejos posible. Por ejemplo, un condensador cerámico de chip de 0,1uF/100V filtra las señales de alta frecuencia de la tensión continua de entrada.
En este ejemplo, se utiliza 47μF/100V+100nF/100V como condensador de entrada.
2.2 Selección de la inductancia
La función principal de la inductancia de salida es estabilizar la corriente de salida y el almacenamiento de energía. El circuito de filtro LC compuesto por la inductancia de salida y la capacitancia de salida se utiliza principalmente para suavizar la tensión de salida, de modo que la tensión de salida sea una CC estable. Al seleccionar la inductancia de salida, además de considerar el tamaño del valor de la inductancia, es necesario considerar el valor de corriente que la inductancia puede inhibir. La corriente nominal para la inductancia de salida del convertidor de conmutación BUCK es al menos 1,2 veces la corriente de salida. La corriente de ondulación inductiva (ΔIL) es 30% de la corriente de carga. Para la mayoría de los diseños, el valor de la inductancia puede obtenerse mediante la fórmula:
Fórmula:
Según la fórmula, el inductor L puede elegir 22μH, y la corriente nominal del inductor es 1A
2.3 Selección de la capacitancia de salida
L es la inductancia del filtro de salida, RESR es el valor de la resistencia en serie equivalente del condensador de salida y COUT es el valor de la capacitancia de salida. Para el módulo de fuente de alimentación conmutada, la propia fuente de alimentación producirá una ondulación de potencia coherente con la frecuencia de conmutación, siempre superpuesta a la salida de potencia. La ondulación de salida también será causada por la resistencia interna del condensador de salida, constantemente carga y descarga el condensador de salida, y la corriente de carga tendrá una caída de tensión en ambos extremos de la RESR del condensador de salida, lo que producirá ondulación de salida. Por lo tanto, al seleccionar el condensador de salida, trate de elegir el condensador de cerámica chip con RESR más pequeño en lugar del condensador electrolítico. También se seleccionan varios condensadores en paralelo para reducir la impedancia de salida. La respuesta del lazo de control es más rápida (COT), la frecuencia de conmutación es mayor, o la carga no cambia mucho con condensadores cerámicos.
Existen algunas diferencias entre los distintos tipos de condensadores, y en el caso de los condensadores cerámicos, la impedancia a la frecuencia de conmutación viene determinada por la capacitancia. La ondulación de la tensión de salida es causada principalmente por la capacitancia, para simplificar, la ondulación de la tensión de salida se puede estimar mediante la siguiente fórmula:
Según la fórmula de cálculo, la capacidad de salida es de 2*22uF/10V+0,1uF/50V, y el rizado de salida es de unos 13mV (valor pico a pico).
3.Selección del diodo Schottky
Cuando el interruptor del tubo superior está apagado, el diodo de salida es una corriente inductiva. Utilice diodos Schottky para reducir la pérdida causada por la tensión de conducción directa del diodo y la recuperación inversa. La corriente media que fluye a través del diodo se puede estimar de acuerdo con la siguiente fórmula:
Al elegir la tensión del diodo Schottky, la tensión de ruptura inversa VR debe ser superior a 20% a 30% de la tensión máxima de entrada, y cuanto mayor sea la tensión mejor, mayor será la caída de tensión directa VF del diodo Schottky con el aumento de la tensión.
En resumen: en este ejemplo, podemos elegir el diodo Schottky SS18
4.Selección de la resistencia de realimentación
Con la selección de una resistencia parcial de realimentación, el SSP9481 forma un circuito de bucle cerrado conectando una resistencia externa de realimentación, estabilizando así la salida a un valor de salida establecido. La tensión de realimentación se obtiene a través de la tensión parcial de R1 y R2, y el valor típico de tensión de VFB es de 0,812V.
Resistencia de referencia para cada tensión de salida
| Vout（V） | R1(KΩ) | R2(KΩ) |
| 1.8 | 64,9（1%） | 80,6（1%） |
| 2.5 | 23,7（1%） | 49,9（1%） |
| 3.3 | 16,2（1%） | 49,9（1%） |
| 5 | 23,7（1%） | 124（1%） |
Utilice los valores de resistencia recomendados en el manual.
5.Esquema final
6.Diseño
(1) El condensador Vin debe colocarse cerca de la patilla Vin del chip y de la masa de señal del chip, en la medida de lo posible en una sola capa, porque la corriente de entrada es discontinua, y el ruido causado por la inductancia parásita tiene un efecto adverso en la resistencia de tensión del chip y de la unidad lógica. Cuanto menor sea el bucle de alta frecuencia, menor será la energía del campo magnético.
(2) El FB es la parte más sensible y fácilmente perturbable del chip, y es la causa más común de inestabilidad del sistema:
- La resistencia FB se conecta al pin FB lo más corto posible para reducir el acoplamiento de ruido.
- Lejos de fuentes de ruido, puntos SW (nodos de conmutación), inductores, diodos (buck no síncrono).
(3) La colocación del inductor no necesita estar tan cerca del CI como la colocación del condensador de entrada para minimizar el ruido radiado del nodo de conmutación. Por lo general, no se recomienda colocar cobre bajo el inductor, ya que la corriente parásita en la capa de tierra hará que disminuya la inductancia.
(4) El condensador del filtro de salida está lo más cerca posible del inductor. Cuanto menor sea el bucle de la espira de alta frecuencia, menor será la energía del campo magnético.
Figura 2.2
(5) El punto SW es la fuente de ruido, que asegura la corriente manteniendo el área lo más pequeña posible, lejos de la posición sensible y fácilmente perturbable. Reducir el área del nodo y sustituir el inductor por un volumen menor puede reducir la intensidad del campo eléctrico, como se muestra en la figura：.
7.Prueba
Prueba de tensión de entrada
Los equipos utilizados en esta prueba son: Osciloscopio digital MSO5204 de la marca Puyuan y multímetro.
Prueba de ondulación del osciloscopio Ajustes:
Modo de acoplamiento: Acoplamiento CA,
Límite de ancho de banda: 20M, pen: X1.
Prueba con muelles de tierra.
Fuente universal Osciloscopio digital MSO5204
La siguiente figura muestra el diagrama de prueba del encendido de la tensión de salida. Se puede observar en el osciloscopio que la tensión de salida máxima es de 3,40 V, el flanco de subida de la tensión de salida es suave y no hay timbre ni sobreimpulso de tensión.
Prueba de encendido de la tensión de salida
La siguiente figura muestra el rizado de la tensión de salida cuando la tensión de entrada es de 40V y la carga es de 800mA. Se puede observar en el osciloscopio que el valor pico a pico del rizado es de 14,25mV
Gráfico de prueba de ondulación de salida
La siguiente figura muestra el rizado de la tensión de salida cuando la tensión de entrada es de 60V y la carga es de 800mA. Se puede observar en el osciloscopio que el valor pico a pico del rizado es de 17,42mV
Gráfico de prueba de ondulación de salida
A partir de la forma de onda de prueba real, el pico de ondulación de la tensión de salida se aproxima mucho al resultado calculado.
