技术博客
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技术分享 | 常见Buck电源芯片负压输出应用
在产品设计、电子电路应用中，会经常使用到负电压电源。 图1 负压电源应用于GaN射频功率管 如常见的PC电源中，通常会用到负压电源为串口提供逻辑判断电平；在单板设计中如运放、IGBT驱动、传感器等应用中也可能使用到负压电源；在音响设备中，震荡和反馈电路都需要负压电源，以此增加它的动态范围；常闭型氮化镓场效应晶体管(GaN射频功率管)也需要采用单独的负电源。 一、如何产生负压 常见的正电压输入负电压输出的方法有三种: 1.使用ge pump方式 此应用所需外围器件少，但负载能力较弱，输出功率极小，电压精度低。 2.使用Buck-Boost电路 此方式成本较高。 3.使用反激电路 需要采用变压器隔离绕组反接输出，因此设计较为复杂，但可以同时输出多路正负电源，在同时需要多种正负压电源时此方案较为适用。 本文将介绍一种使用通用的Buck芯片直接生成负压的解决方案，简单易用，且目前通用的Buck芯片负载能力可达几十安培、输入电压范围已覆盖几伏至上百伏，应用覆盖范围广。 二、Buck芯片负压使用 芯洲科技SCT24xx（40V耐压、0.6A-6A负载能力）、SCT26xx（60V耐压、0.6A-5A负载能力）等一系列40V、60V等芯片均可实现正压转负压输出。 图3 SCT2430电路图 如图3所示，负压输出和正压输出，外围器件数量和框架基本一样，所有的元器件保持原位，电感的输出端接至大地，形成一个新的电位，原本的大地作为输出，设计简单。 图4 负压输出工作状态 如图4所示，假设Q1导通压降为VQ1，Q2导通压降为VQ2，在Q1开通（ton）期间和关断（toff）期间，电感L1上的电压如下： Von = Vin - VQ1 Vof = -Vout + VQ2 根据伏秒平衡原则： Von × ton = Voff × toff，同时因Q1、Q2导通压降远远小于Vin、Vout，因此VQ1、VQ2可忽略，由此得出： 根据以上公式可得出工作占空比D为： 如图5，24V输入转-12V输出，占空比约33%，实测与理论计算基本匹配。 因此：Vo=- Vin×D/(1-D) 由上可知，输出电压的绝对值即可以大于输入电压也可以小于输入电压，结合其工作状态示意图可以看出，其本质已不再工作在buck状态，而是buck-boost状态，因此实际应用时外围器件选型、负载能力不可再按照buck电路来进行选型和设计。 三、设计中的注意事项 1. 负压输出时芯片可支持的最高工作电压不再是芯片规格书标称的最大值，可按照公式Vin = Vin_max - | Vout |评估。 以SCT2630为例，正压输出应用中芯片可支持的最高输入工作电压为60V，而当输出电压为-5V时，则芯片可支持的最高输入工作电压 Vin= 60V - |-5V| = 55V 2. 输入电容的耐压选择、若使用非同步整流芯片（如SCT2630）时的续流二极管耐压选择也需参考如上第一条留足降额； 3. 由于在Q1导通期间，输入没有向输出提供能量，此时主要是输出电容给负载供电；只有在Q1关断Q2导通期间，由电感提供能量给负载同时给输出电容充电，输入输出均不连续，因此输入输出纹波电压比正压输出时略大； 4. 因为电感电流是叠加的，所以负压输出应用时芯片最大输出电流≤标称值的一半； 5. 底部带散热焊盘的芯片，PCB布局时建议底部散热焊盘接Vout，不建议接单板GND。 如下图为SCT2630：输入24V，负载2A，输出+12V、-12V实测数据对比： 图7 24V输入，+12V输出 图8 24V输入，-12V输出 方案总结 采用通用的buck降压转换器实现负压输出，设计简单易用，综合成本、性能、体积在负压应用场景中的性价比较高。
2023-10-10了解详情
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解决方案 | 满足智能座舱/ADAS/OBC的车规级电源管理芯片
近年来，新能源汽车电子电气架构不断升级，汽车电子化水平逐步提高，对于模拟芯片的需求远大于传统汽车。在这一需求的拉动下，车规级电源管理芯片成为汽车智能化、电气化的基础支撑。 芯洲科技专注电源管理芯片，提供功率转换、功率控制、系统集成三大方向解决方案，涵盖开关电源、线性电源、功率控制、智能功率开关、系统集成方案、功率模块六大产品线。暨确认以新能源汽车电子为牵引的战略方向后，积极推动汽车芯片加速研发和认证。 一、应用场景解析 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。 智能座舱/ADAS域应用解决方案 域控制器是新能源整车中电源品类需求最多的产品，目前芯洲科技已有电源解决方案可满足客户近80%电源应用品类需求。同时，我们也在不断丰富相关产品，推动技术升级，并严格把关质量以通过车规认证。 车载动力域解决方案 芯洲科技可以为客户提供完整的动力域辅助源的解决方案。最新推出的SCT81620/1Q的升压/Sepic/反激式控制器，可为用户提供更优性能的国产平替方案，帮用户解决现有产品EMI及过流保护等痛点问题。 二、车规级电源管理芯片 目前，解决方案中已量产的芯片均已得到AEC-Q100的认证。 AEC-Q100测试预防产品可能发生各种状况或潜在的故障状态，对每一个芯片个案进行严格的质量与可靠度确认，确认制造商所提出的产品数据表、使用目的、功能说明等是否符合最初需求的功能，以及在连续使用后个功能与性能是否能始终如一。 相比第一代，芯洲第二代降压变换器SCT2434Q/SCT2464Q体积小、效率高。采用第二代超低静态功耗ULQ技术，在负载1mA时实现80%效率，轻载效率处于国际先进水平；通过多步栅极驱动技术实现开关无振铃等多种技术的组合，给市场提供EMI处理能力卓越的产品。多种专利技术加持，解决车载应用中轻载工作电感异音、模式切换时的过压等痛点问题。 三、产品细节 LDO产品 SCT714xxQ系列低静态车规LDO产品，最低静态工作电流仅2.4uA。集成完善的过流、过温、短路保护功能，保护LDO在极端情况下不损坏。拥有SOT23/ SOT223/MSOP/DFN和SO-8等各类封装，适用各类车载应用场景。 SCT1403，3V-40V Vin，300mA，带PG功能的低压差调节器 降压变换器 拥有全系列已量产最全的国产车规40V~60V降压变换器，集成MOS管芯片解决方案覆盖0.6A~6A输出应用。 SCT2600QTVBR，4.5V-60V Vin/0.6A，高开关频率、降压DCDC转换器 SCT2601QTVBR，4.5V-60V Vin/0.6A，高效降压DCDC转换器 SCT2620QMRER，3.8V-60V Vin/2.5A，频率可调降压DCDC转换器 SCT2610QMRER，3.8V-60V Vin/1.5A，频率可调降压DCDC转换器 SCT2632QSTER，4.2V-60V Vin/3A，频率可调降压DCDC转换器 SCT2651QDRBR，4.5V-60V Vin/5A，频率可调降压DCDC转换器 SCT2650QSTER，4.5V-60V Vin/5A，频率可调降压DCDC转换器 SCT2430QSTER，3.8V-40V输入/3.5A，100K-2.2MHz可调开关频率，低静态电流同步降压DCDC转换器 SCT2432QSTER，3.8V-40V输入/3.5A,高效率同步降压型DCDC转换器、具有内部补偿功能 SCT9431Q，3.8V-36V输入/3A,同步降压DCDC转换器，具有EMI降低功能 控制器 SCT82630和SCT81620/1/2Q是国产车规升压/升降压/反激控制器，可性能趋优P2P替代现有车载动力域辅助源解决方案。增加抖频及过流打嗝保护模式，解决传统方案中的EMI问题及过流保护线路损坏等问题。 SCT82630,5.5V-65V Vin同步降压控制器 功率保护 SCT53600Q理想二极管控制器，可控制N-MOS管表现为理想二极管特性，可对输入端进行防反接、防倒灌的保护。同时与传统的二极管方案相比，可有效降低器件功耗。 车载摄像头PMIC SCT61240Q极致优化了解决方案体积及系统功耗。PMIC集成1CH 20V降压变换器，2CH低压变换器和1CH高PSRR性能的LDO。芯片封装2.5mm*3.5mm，外围最少仅需13个器件（电阻、电容、电感），即可提供高性能摄像头模块供电解决方案。 申样测试 芯洲科技赋能汽车电子，一站式完成车规级电源管理芯片选用。文中已提供了推荐产品的详情链接（含规格书），如有需求可以提供样片测试。申请样片或订购可联系销售，或邮件至：sales@silicontent.com。官网内商城也可直接下单。
2023-10-10了解详情 -
解决方案 | 100V ISO-BUCK隔离应用方案介绍
如图1所示，传统方式多采用小功率隔离电源模块从系统的5V/12V取电，实现隔离输出。 ISO-BUCK由于其设计简洁、成本较低、隔离输出等特点，在这类应用场景中的使用也逐渐增多。ISO-BUCK从同步降压转换器演变而来，用耦合电感或变压器取代一级降压变换器的电感，构成类似反激的拓扑，实现原/副边隔离，从而帮助用户节省隔离电源的成本。 图2 ISO-BUCK隔离电源系统架构 图3 SCT2A23单路隔离输出应用线路图 如图3所示，芯洲科技采用同步降压转换器来实现ISO-BUCK的应用。 主反馈这路电源可满足原边侧系统的供电需求，实现高精度电压输出。副边侧可以为系统提供隔离电源，为通信芯片和隔离驱动芯片进行供电。 ISO-BUCK注意事项 如图5/6所示，单路隔离输出时，当原边/副边有100mA以上的负载时，副边输出可以有比较稳定的输出。 1）原边工作电流较大(>0.5A)，而副边电流较小(副边输出电压精度相对较差。在此应用中，如果还需要较高精度的副边电压输出，建议可以改变原/副边变压器匝比，抬高副边输出电压，并增加二级稳压线路（如LDO或稳压管）来实现高精度的稳压输出。 图6 8V->12V输出，原边空载，副边不同负载电流时，副边输出电压精度 SCT2A23在轻负载下有三种选择操作模式，效率高达90%，具有良好的散热能力，满载支持85℃环境温度工作。满足多种工业/通信应用的需求，可选择： 2） 超声模式（USM），使开关频率在轻负载条件下保持在可听音频范围以上； 应用场景： ⚪ 医疗应用中提供隔离确保安全性； ⚪ 10W以下小功率隔离供电具有较好的竞争力。 • 4.5V-100V 输入电压范围 • 支持2A峰值电流 • 集成 600mΩ 上管和 300mΩ 下管功率 MOSFETs• 带VCC二极管的静态电流为15uA • 可选PFM/USM/FPWM轻载工作模式 • 300KHz 固定开关频率 • FPWM模式支持Iso-buck Topology • 逐周期电流限制 • 过温保护 SCT2A23现已量产，如有需求可以提供样片测试。申请样片或订购可联系销售（关注公众号，菜单栏获取销售联系方式），或邮件至：sales@silicontent.com。
2023-07-10了解详情 -
解决方案 | 换个思路，简单帮你解决中高压升降压问题！
目前在工业控制系统、新能源储能系统及许多电子设备中，为了适应多样的电压范围，提高能量使用效率，许多应用场景都需要中高压升降压方案来实现。 比如，工业交换机在标准POE 供电时常用48V降压场景，为了保证稳定的供电，在使用非POE供电时，辅助电源最低输出可能到9V，这时就需要升压输出12V，因而需要中高压升降压方案。同样，户外便携储能充电应用需要满足太阳能板9V-50V输出12V的应用场景，因而也涉及到升降压的场景。 中高压升降压模块往往设计复杂，成本较高，一定要这么复杂才能满足吗？ 市面上主流的中高压升降压拓扑方案有四开关管升降压控制芯片、SEPIC/反激控制芯片等。实际上四开关管升降压芯片成本很高，而SEPIC/反激控制芯片设计复杂。 如果仅需要升降压功能，功率较小，不需要隔离时，本篇解决方案将以SCT2650为例，介绍一个成本适宜、设计简单的升降压方案，来满足更多应用场景使用。 一个简单的升压解决方案原理 SCT2650是一个4.5V-60V输入持续5a输出的Buck芯片，集成了80mΩ Rdson高侧功率MOSFET。芯片采用峰值电流模式控制，输出电压可调节，具有优秀的线路和负载瞬态响应，简化了外部回路补偿设计。 图1 Buck-Boost级联拓扑图 图1中的Buck-Boost级联拓扑图，通过Buck与Boost相结合，两个功率电路级联的方式来实现升降压工作。不过在Buck输出端与Boost输入端电容电感形成了一个三阶滤波器，在保证电压增益不变的情况下，可以使用低阶滤波器代替三阶滤波器，所以在原来的基础上，我们可以得到一个更为简化的Buck-Boost级联拓扑。 图2为简化版升降压级联拓扑原理图，同时也是SCT2650实现Buck-Boost的实际拓扑方案。在原先Buck拓扑基础上增加Q2,D2作为补充实现升降压工作器件，将单纯的Buck拓扑变为了Buck-Boost级联单电感升降压解决方案，而Q2控制信号来自于SCT2650的SW1信号。 图3级联Buck-Boost工作时序图 该电路控制方法较为简单，在T0-T1时刻，Q1,Q2导通，SW1高电平为Vin电压，给电感储存能量，输出电容放电给负载供电。在T1-T2时期，D1,D2导通，SW2高电平为Vout电压，电感电流不能突变，通过D1,D2给输出电容及负载供电，输出电压关系推导如下： 由伏秒平衡得 即 可得到该该拓扑输入输出电压关系为 当占空比发生变化时，此方案可以实现正向升降压功能。 高输入电压条件下保护栅极 实际应用场景中，由于SCT2650有非常宽的工作电压范围，SW1信号作为Q2的控制信号时，就会存在SW1高电平较高的情况。Q2的栅极驱动电压一般最大在20V左右，这就有可能导致损坏Q2的栅极。基于这个隐患，我们对Q2的驱动电路部分进行进一步设计。 图4 Q2驱动电路设计 通过一个Q3和稳压管形成简单的稳压电路，使Q2的驱动电压最高被稳压二极管稳定在9.1V以内，从而起到保护Q2的一个作用。 总结一下，用Buck-Boost级联来实现升降压的优劣势如下： 三、推荐应用条件 以SCT2650为例的升降压方案，推荐应用条件如下： SW1,SW2波形及输出纹波测试波形 图5 Vin=9V Vout=12V Iout=2A 图6 Vin=12V Vout=12V Iout=2A 图7 Vout=12V 的效率测试 Tips设计注意要点 1电感饱和电流需考虑Buck-Boost拓扑结构，结合对电感的感值选型。 2需要快速动态响应时建议comp参数为：对地阻容建议68K，3.3nf，并联对地电容为330pf。 3输入输出电容选型需考虑Buck-Boost拓扑结构，来满足输出纹波需求。 √ SCT2650详细参数信息—官网可直接下单 √ 更多同类用法：SCT2450CSTER
2023-06-16了解详情 -
车载无线充电源芯片集成化解决方案
随着用户对充电便捷性要求的提高，车载手机无线充电技术快速发展，技术成熟度更高，应用领域更加广泛。随着在汽车上大规模的应用，避免了驾驶人埋头寻找插孔、分辨接口与充电线的行为，提高行车安全性。在功能设计上与汽车内饰成为一体，美观实用。 据高工智能汽车研究院监测数据显示，2021年中国市场（不含进出口）乘用车新车前装标配搭载手机无线充电模块功能上险量为358.35万辆，同比增长120.43%，前装搭载率为17.57%。2022年预计搭载率25%。 车载无线充在设计上一般涉及控制芯片、磁吸线圈、传感器、电源管理等几个模块。在选择无线充模块时需要关注充电效率、安全性及兼容性。 充电效率：如果充电效率低，将影响用户的使用体验。因此，研发人员需要关注充电器的功率、传输距离、传输效率、热损失等因素，以提高充电效率。 安全性：需要考虑到电池过热、短路、过充等问题，以确保产品的安全性。还需考虑电磁辐射等问题，以避免不良影响。 兼容性：需要考虑到不同设备的充电需求和充电方式，兼容不同品牌、不同型号的手机和其他设备。 目前车载无线充电方案的主流以15W以下方案为主。本文将以15W以下的系统解决方案为例详细说明 电源管理芯片选型时的重要指标。 输入功率变换器 在无线充应用中输入功率变换器的低压差直通模式是标配，低压差直通意味着高效与低EMI。 *定义一个输入电压范围，在该范围内输入电压可以直接传递到降压-升压稳压器的输出端。这样做的好处是没有开关动作，电路效率非常高，且没有音频噪声。输出纹波和正常降压模式几乎无差别。 SCT2462Q和SCT9431Q两款车规降压变换器，都支持低压差直通模式。SCT2462Q可用于15W的方案，支持6A输出、最高耐压可达42V；采用第二代低压差直通技术，可以支持更低的输入输出电压差（最大占空比99.3%+图），有效拓展无线充功率发射级的输入电压范围。SCT9431Q可用于10W的方案，支持3A输出，最高耐压可达42V。 同时，芯洲特有的多级栅级驱动专利技术，可有效的抑制开关结点的开关振铃，更容易通过相关的EMI测试。以下是SCT2462EVM板实测，从波形上看，SCT2462在满载时，上管开通的振铃过冲仅3.4V，且没有多次振荡，关断时的波形非常干净。 SCT2462EVM：12V输入，5V/6A满载输出，开关节点SW的波形（图2为细节） CAN和MCU的供电方案 目前市场上最常用的CAN通讯接口器件大多都是采用5V供电，而大部分的MCU供电电压却从5V降低到了3.3V供电，可采用SCT2600Q（0.6A输出降压变换器）及SCT71403Q（300mA LDO方案）。SCT2600Q是车规级的一级电源，Vinmax=60V，支持2.1MHz开关频率，可避免对车载AM（540 KHz－1600KHz ）频段的干扰，轻载工作模式PSM，大大提高了轻载效率，在负载4mA时，效率大于80%。 SCT71403Q是车规级的一级LDO，VINmax=42V，VOUT=3.3Vor5V，Imax=300Ma，待机电流仅2.4uA，自身身集成了OCFB（过流折回）/OTP/UVLO/PG等电压电流检测及保护功能，有效地保护了输出负载短路大电流等情况，提高了用户使用的安全可靠性。极低的待机电流大大降低了整机的待机功耗，非常适合常待机应用场合。 无线充电发射端功率级 无线充电按照技术路线，大概分为三种类型。第一种为电磁感应，第二种是电磁谐振，第三种事无线电波。三种路线都有相应的标准和组织在推进，推进市场应用及标准化。现在Qi的电磁感应方式占据了主流，遵循Qi标准的发射端和接收端的方案愈加完善。在发射级的性能方面，主要关注几点： 1） 工作电压范围：3v-15v。 SCT63340芯片供电电压范围为4.2V~30V，功率级的工作电压范围为1V~26V。是目前15W无线充发射端输入电压范围最宽的一款芯片。 2） 转换效率。 SCT63340内部集成13mohm的全桥MOS管，其15W时的功率传输效率达86%，高于行业平均水平。 SCT63340功率传输效率 3） 芯片面积及散热。 SCT63340采用QFN 4x4封装，可最大化程度节约布板面积，实现高密度集成化解决方案。提供可靠的焊接质量，及良好的散热能力。具有良好的电性能和热性能，体积小，重量轻。 SCT63340同时自带调解功能，简化电路设计，节约MCU功能性成本。芯洲科技持续为客户提供丰富的电源芯片选择，同时基于市场需求快速迭代。 更多定制化电源管理解决方案，欢迎关注并联系我们。 详情请参考：SCT2462FNAR 详情请参考：SCT2600TVBR 详情请参考：SCT9431FSAR 详情请参考：SCT63340FGAR
2023-05-09了解详情 -
针对高串电池包（>12串）应用的大电流解决方案
目前，芯洲推出针对高串电池包（>12串）应用的大电流DC/DC产品SCT2A25/2A27供大家选型。具体性能如下介绍： 1.1 1.1.2 SCT2A27STER 1.2 可靠性 1.2.1 SCT2A25STER 1.2.2 SCT2A27 1.3 DEMO测试效率 1.3.1 SCT2A25STER 1.3.2 SCT2A27STER 介绍完芯片性能，接下来介绍下市场应用。SCT2A25/2A27经过市场验证，广泛应用于二轮电动车GPS/仪表盘/BMS/电机驱动，以及PoE工业交换机等。详细如下: 2.1 二轮车应用 2.1.1 电机驱动 2.1.2 仪表盘 2.1.3 GPS 2.2 工业应用 2.2.1 PoE工业交换机 2.2.2 园林工具 芯洲科技簇拥市场，为客户提供最快、最好的支持和专业解决方案。公司追求诚实守信、持续创新、合作共赢的企业精神，和在不断拼搏中茁壮成长的中国集成电路产业一起砥砺前行。 详情请参考:SCT2A25STER 详情请参考:SCT2A27STER
2022-10-19了解详情
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