技術博客
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技術分享 | 常見Buck電源芯片負壓輸出應用
在產品設計、電子電路應用中，會經常使用到負電壓電源。 圖1 負壓電源應用于GaN射頻功率管 如常見的PC電源中，通常會用到負壓電源為串口提供邏輯判斷電平；在單板設計中如運放、IGBT驅動、傳感器等應用中也可能使用到負壓電源；在音響設備中，震蕩和反饋電路都需要負壓電源，以此增加它的動態范圍；常閉型氮化鎵場效應晶體管(GaN射頻功率管)也需要采用單獨的負電源。 一、如何產生負壓 常見的正電壓輸入負電壓輸出的方法有三種: 1.使用ge pump方式 此應用所需外圍器件少，但負載能力較弱，輸出功率極小，電壓精度低。 2.使用Buck-Boost電路 此方式成本較高。 3.使用反激電路 需要采用變壓器隔離繞組反接輸出，因此設計較為復雜，但可以同時輸出多路正負電源，在同時需要多種正負壓電源時此方案較為適用。 本文將介紹一種使用通用的Buck芯片直接生成負壓的解決方案，簡單易用，且目前通用的Buck芯片負載能力可達幾十安培、輸入電壓范圍已覆蓋幾伏至上百伏，應用覆蓋范圍廣。 二、Buck芯片負壓使用 芯洲科技SCT24xx（40V耐壓、0.6A-6A負載能力）、SCT26xx（60V耐壓、0.6A-5A負載能力）等一系列40V、60V等芯片均可實現正壓轉負壓輸出。 圖3?SCT2430電路圖 如圖3所示，負壓輸出和正壓輸出，外圍器件數量和框架基本一樣，所有的元器件保持原位，電感的輸出端接至大地，形成一個新的電位，原本的大地作為輸出，設計簡單。 圖4? 負壓輸出工作狀態 如圖4所示，假設Q1導通壓降為VQ1，Q2導通壓降為VQ2，在Q1開通（ton）期間和關斷（toff）期間，電感L1上的電壓如下： Von = Vin - VQ1 Vof = -Vout + VQ2 根據伏秒平衡原則： Von × ton = Voff × toff，同時因Q1、Q2導通壓降遠遠小于Vin、Vout，因此VQ1、VQ2可忽略，由此得出： 根據以上公式可得出工作占空比D為： 如圖5，24V輸入轉-12V輸出，占空比約33%，實測與理論計算基本匹配。 因此：Vo=- Vin×D/(1-D) 由上可知，輸出電壓的絕對值即可以大于輸入電壓也可以小于輸入電壓，結合其工作狀態示意圖可以看出，其本質已不再工作在buck狀態，而是buck-boost狀態，因此實際應用時外圍器件選型、負載能力不可再按照buck電路來進行選型和設計。 三、設計中的注意事項 1. 負壓輸出時芯片可支持的最高工作電壓不再是芯片規格書標稱的最大值，可按照公式Vin = Vin_max - | Vout |評估。 以SCT2630為例，正壓輸出應用中芯片可支持的最高輸入工作電壓為60V，而當輸出電壓為-5V時，則芯片可支持的最高輸入工作電壓 Vin= 60V - |-5V| = 55V 2. 輸入電容的耐壓選擇、若使用非同步整流芯片（如SCT2630）時的續流二極管耐壓選擇也需參考如上第一條留足降額； 3. 由于在Q1導通期間，輸入沒有向輸出提供能量，此時主要是輸出電容給負載供電；只有在Q1關斷Q2導通期間，由電感提供能量給負載同時給輸出電容充電，輸入輸出均不連續，因此輸入輸出紋波電壓比正壓輸出時略大； 4. 因為電感電流是疊加的，所以負壓輸出應用時芯片最大輸出電流≤標稱值的一半； 5. 底部帶散熱焊盤的芯片，PCB布局時建議底部散熱焊盤接Vout，不建議接單板GND。 如下圖為SCT2630：輸入24V，負載2A，輸出+12V、-12V實測數據對比： ? 圖7? 24V輸入，+12V輸出 圖8? 24V輸入，-12V輸出 方案總結 采用通用的buck降壓轉換器實現負壓輸出，設計簡單易用，綜合成本、性能、體積在負壓應用場景中的性價比較高。
2023-10-10了解詳情
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解決方案 | 滿足智能座艙/ADAS/OBC的車規級電源管理芯片
近年來，新能源汽車電子電氣架構不斷升級，汽車電子化水平逐步提高，對于模擬芯片的需求遠大于傳統汽車。在這一需求的拉動下，車規級電源管理芯片成為汽車智能化、電氣化的基礎支撐。 芯洲科技專注電源管理芯片，提供功率轉換、功率控制、系統集成三大方向解決方案，涵蓋開關電源、線性電源、功率控制、智能功率開關、系統集成方案、功率模塊六大產品線。暨確認以新能源汽車電子為牽引的戰略方向后，積極推動汽車芯片加速研發和認證。 一、應用場景解析 芯洲科技近期上線10多款車規電源芯片產品：LDO、降壓變換器、升壓/升降壓/反激控制器、MOS管驅動、功率保護器件、集成PMIC產品等。為智能座艙/ADAS域應用、車載動力域、車身域等各類車載應用提供全方位的電源解決方案。 智能座艙/ADAS域應用解決方案 域控制器是新能源整車中電源品類需求最多的產品，目前芯洲科技已有電源解決方案可滿足客戶近80%電源應用品類需求。同時，我們也在不斷豐富相關產品，推動技術升級，并嚴格把關質量以通過車規認證。 車載動力域解決方案 芯洲科技可以為客戶提供完整的動力域輔助源的解決方案。最新推出的SCT81620/1Q的升壓/Sepic/反激式控制器，可為用戶提供更優性能的國產平替方案，幫用戶解決現有產品EMI及過流保護等痛點問題。 二、車規級電源管理芯片 目前，解決方案中已量產的芯片均已得到AEC-Q100的認證。 AEC-Q100測試預防產品可能發生各種狀況或潛在的故障狀態，對每一個芯片個案進行嚴格的質量與可靠度確認，確認制造商所提出的產品數據表、使用目的、功能說明等是否符合最初需求的功能，以及在連續使用后個功能與性能是否能始終如一。 相比第一代，芯洲第二代降壓變換器SCT2434Q/SCT2464Q體積小、效率高。采用第二代超低靜態功耗ULQ技術，在負載1mA時實現80%效率，輕載效率處于國際先進水平；通過多步柵極驅動技術實現開關無振鈴等多種技術的組合，給市場提供EMI處理能力卓越的產品。多種專利技術加持，解決車載應用中輕載工作電感異音、模式切換時的過壓等痛點問題。 三、產品細節 LDO產品 SCT714xxQ系列低靜態車規LDO產品，最低靜態工作電流僅2.4uA。集成完善的過流、過溫、短路保護功能，保護LDO在極端情況下不損壞。擁有SOT23/ SOT223/MSOP/DFN和SO-8等各類封裝，適用各類車載應用場景。 SCT1403，3V-40V Vin，300mA，帶PG功能的低壓差調節器 降壓變換器 擁有全系列已量產最全的國產車規40V~60V降壓變換器，集成MOS管芯片解決方案覆蓋0.6A~6A輸出應用。 SCT2600QTVBR，4.5V-60V Vin/0.6A，高開關頻率、降壓DCDC轉換器 SCT2601QTVBR，4.5V-60V Vin/0.6A，高效降壓DCDC轉換器 SCT2620QMRER，3.8V-60V Vin/2.5A，頻率可調降壓DCDC轉換器 SCT2610QMRER，3.8V-60V Vin/1.5A，頻率可調降壓DCDC轉換器 SCT2632QSTER，4.2V-60V Vin/3A，頻率可調降壓DCDC轉換器 SCT2651QDRBR，4.5V-60V Vin/5A，頻率可調降壓DCDC轉換器 SCT2650QSTER，4.5V-60V Vin/5A，頻率可調降壓DCDC轉換器 SCT2430QSTER，3.8V-40V輸入/3.5A，100K-2.2MHz可調開關頻率，低靜態電流同步降壓DCDC轉換器 SCT2432QSTER，3.8V-40V輸入/3.5A,高效率同步降壓型DCDC轉換器、具有內部補償功能 SCT9431Q，3.8V-36V輸入/3A,同步降壓DCDC轉換器，具有EMI降低功能 控制器 SCT82630和SCT81620/1/2Q是國產車規升壓/升降壓/反激控制器，可性能趨優P2P替代現有車載動力域輔助源解決方案。增加抖頻及過流打嗝保護模式，解決傳統方案中的EMI問題及過流保護線路損壞等問題。 SCT82630,5.5V-65V Vin同步降壓控制器 功率保護 SCT53600Q理想二極管控制器，可控制N-MOS管表現為理想二極管特性，可對輸入端進行防反接、防倒灌的保護。同時與傳統的二極管方案相比，可有效降低器件功耗。 車載攝像頭PMIC SCT61240Q極致優化了解決方案體積及系統功耗。PMIC集成1CH 20V降壓變換器，2CH低壓變換器和1CH高PSRR性能的LDO。芯片封裝2.5mm*3.5mm，外圍最少僅需13個器件（電阻、電容、電感），即可提供高性能攝像頭模塊供電解決方案。 申樣測試 芯洲科技賦能汽車電子，一站式完成車規級電源管理芯片選用。文中已提供了推薦產品的詳情鏈接（含規格書），如有需求可以提供樣片測試。申請樣片或訂購可聯系銷售，或郵件至：sales@silicontent.com。官網內商城也可直接下單。
2023-10-10了解詳情 -
解決方案 | 100V ISO-BUCK隔離應用方案介紹
如圖1所示，傳統方式多采用小功率隔離電源模塊從系統的5V/12V取電，實現隔離輸出。 ? ISO-BUCK由于其設計簡潔、成本較低、隔離輸出等特點，在這類應用場景中的使用也逐漸增多。ISO-BUCK從同步降壓轉換器演變而來，用耦合電感或變壓器取代一級降壓變換器的電感，構成類似反激的拓撲，實現原/副邊隔離，從而幫助用戶節省隔離電源的成本。 圖2 ISO-BUCK隔離電源系統架構 ? 圖3 SCT2A23單路隔離輸出應用線路圖 如圖3所示，芯洲科技采用同步降壓轉換器來實現ISO-BUCK的應用。 主反饋這路電源可滿足原邊側系統的供電需求，實現高精度電壓輸出。副邊側可以為系統提供隔離電源，為通信芯片和隔離驅動芯片進行供電。 ISO-BUCK注意事項 如圖5/6所示，單路隔離輸出時，當原邊/副邊有100mA以上的負載時，副邊輸出可以有比較穩定的輸出。? 1）原邊工作電流較大(>0.5A)，而副邊電流較小(副邊輸出電壓精度相對較差。在此應用中，如果還需要較高精度的副邊電壓輸出，建議可以改變原/副邊變壓器匝比，抬高副邊輸出電壓，并增加二級穩壓線路（如LDO或穩壓管）來實現高精度的穩壓輸出。 圖6? ?8V->12V輸出，原邊空載，副邊不同負載電流時，副邊輸出電壓精度 SCT2A23在輕負載下有三種選擇操作模式，效率高達90%，具有良好的散熱能力，滿載支持85℃環境溫度工作。滿足多種工業/通信應用的需求，可選擇： 2） 超聲模式（USM），使開關頻率在輕負載條件下保持在可聽音頻范圍以上； 應用場景： ?? 醫療應用中提供隔離確保安全性； ?? 10W以下小功率隔離供電具有較好的競爭力。 ? 4.5V-100V 輸入電壓范圍 ? 支持2A峰值電流 ? 集成 600m? 上管和 300mΩ 下管功率 MOSFETs? 帶VCC二極管的靜態電流為15uA ? 可選PFM/USM/FPWM輕載工作模式 ? 300KHz 固定開關頻率 ? FPWM模式支持Iso-buck Topology ? 逐周期電流限制 ? 過溫保護 SCT2A23現已量產，如有需求可以提供樣片測試。申請樣片或訂購可聯系銷售（關注公眾號，菜單欄獲取銷售聯系方式），或郵件至：sales@silicontent.com。
2023-07-10了解詳情 -
解決方案 | 換個思路，簡單幫你解決中高壓升降壓問題！
目前在工業控制系統、新能源儲能系統及許多電子設備中，為了適應多樣的電壓范圍，提高能量使用效率，許多應用場景都需要中高壓升降壓方案來實現。 比如，工業交換機在標準POE?供電時常用48V降壓場景，為了保證穩定的供電，在使用非POE供電時，輔助電源最低輸出可能到9V，這時就需要升壓輸出12V，因而需要中高壓升降壓方案。同樣，戶外便攜儲能充電應用需要滿足太陽能板9V-50V輸出12V的應用場景，因而也涉及到升降壓的場景。 中高壓升降壓模塊往往設計復雜，成本較高，一定要這么復雜才能滿足嗎？ 市面上主流的中高壓升降壓拓撲方案有四開關管升降壓控制芯片、SEPIC/反激控制芯片等。實際上四開關管升降壓芯片成本很高，而SEPIC/反激控制芯片設計復雜。 如果僅需要升降壓功能，功率較小，不需要隔離時，本篇解決方案將以SCT2650為例，介紹一個成本適宜、設計簡單的升降壓方案，來滿足更多應用場景使用。 一個簡單的升壓解決方案原理 SCT2650是一個4.5V-60V輸入持續5a輸出的Buck芯片，集成了80mΩ Rdson高側功率MOSFET。芯片采用峰值電流模式控制，輸出電壓可調節，具有優秀的線路和負載瞬態響應，簡化了外部回路補償設計。 圖1 Buck-Boost級聯拓撲圖 圖1中的Buck-Boost級聯拓撲圖，通過Buck與Boost相結合，兩個功率電路級聯的方式來實現升降壓工作。不過在Buck輸出端與Boost輸入端電容電感形成了一個三階濾波器，在保證電壓增益不變的情況下，可以使用低階濾波器代替三階濾波器，所以在原來的基礎上，我們可以得到一個更為簡化的Buck-Boost級聯拓撲。 圖2為簡化版升降壓級聯拓撲原理圖，同時也是SCT2650實現Buck-Boost的實際拓撲方案。在原先Buck拓撲基礎上增加Q2,D2作為補充實現升降壓工作器件，將單純的Buck拓撲變為了Buck-Boost級聯單電感升降壓解決方案，而Q2控制信號來自于SCT2650的SW1信號。 圖3級聯Buck-Boost工作時序圖 該電路控制方法較為簡單，在T0-T1時刻，Q1,Q2導通，SW1高電平為Vin電壓，給電感儲存能量，輸出電容放電給負載供電。在T1-T2時期，D1,D2導通，SW2高電平為Vout電壓，電感電流不能突變，通過D1,D2給輸出電容及負載供電，輸出電壓關系推導如下： 由伏秒平衡得 即 可得到該該拓撲輸入輸出電壓關系為 當占空比發生變化時，此方案可以實現正向升降壓功能。 高輸入電壓條件下保護柵極 實際應用場景中，由于SCT2650有非常寬的工作電壓范圍，SW1信號作為Q2的控制信號時，就會存在SW1高電平較高的情況。Q2的柵極驅動電壓一般最大在20V左右，這就有可能導致損壞Q2的柵極?；谶@個隱患，我們對Q2的驅動電路部分進行進一步設計。 圖4 Q2驅動電路設計 通過一個Q3和穩壓管形成簡單的穩壓電路，使Q2的驅動電壓最高被穩壓二極管穩定在9.1V以內，從而起到保護Q2的一個作用。 總結一下，用Buck-Boost級聯來實現升降壓的優劣勢如下： 三、推薦應用條件 以SCT2650為例的升降壓方案，推薦應用條件如下： SW1,SW2波形及輸出紋波測試波形 圖5 Vin=9V Vout=12V Iout=2A 圖6 Vin=12V Vout=12V Iout=2A 圖7 Vout=12V 的效率測試 Tips設計注意要點 1電感飽和電流需考慮Buck-Boost拓撲結構，結合對電感的感值選型。 2需要快速動態響應時建議comp參數為：對地阻容建議68K，3.3nf，并聯對地電容為330pf。 3輸入輸出電容選型需考慮Buck-Boost拓撲結構，來滿足輸出紋波需求。 √ SCT2650詳細參數信息—官網可直接下單 √ 更多同類用法：SCT2450CSTER
2023-06-16了解詳情 -
車載無線充電源芯片集成化解決方案
隨著用戶對充電便捷性要求的提高，車載手機無線充電技術快速發展，技術成熟度更高，應用領域更加廣泛。隨著在汽車上大規模的應用，避免了駕駛人埋頭尋找插孔、分辨接口與充電線的行為，提高行車安全性。在功能設計上與汽車內飾成為一體，美觀實用。 據高工智能汽車研究院監測數據顯示，2021年中國市場（不含進出口）乘用車新車前裝標配搭載手機無線充電模塊功能上險量為358.35萬輛，同比增長120.43%，前裝搭載率為17.57%。2022年預計搭載率25%。 車載無線充在設計上一般涉及控制芯片、磁吸線圈、傳感器、電源管理等幾個模塊。在選擇無線充模塊時需要關注充電效率、安全性及兼容性。 充電效率：如果充電效率低，將影響用戶的使用體驗。因此，研發人員需要關注充電器的功率、傳輸距離、傳輸效率、熱損失等因素，以提高充電效率。 安全性：需要考慮到電池過熱、短路、過充等問題，以確保產品的安全性。還需考慮電磁輻射等問題，以避免不良影響。 兼容性：需要考慮到不同設備的充電需求和充電方式，兼容不同品牌、不同型號的手機和其他設備。 目前車載無線充電方案的主流以15W以下方案為主。本文將以15W以下的系統解決方案為例詳細說明 電源管理芯片選型時的重要指標。 輸入功率變換器 在無線充應用中輸入功率變換器的低壓差直通模式是標配，低壓差直通意味著高效與低EMI。 *定義一個輸入電壓范圍，在該范圍內輸入電壓可以直接傳遞到降壓-升壓穩壓器的輸出端。這樣做的好處是沒有開關動作，電路效率非常高，且沒有音頻噪聲。輸出紋波和正常降壓模式幾乎無差別。 SCT2462Q和SCT9431Q兩款車規降壓變換器，都支持低壓差直通模式。SCT2462Q可用于15W的方案，支持6A輸出、最高耐壓可達42V；采用第二代低壓差直通技術，可以支持更低的輸入輸出電壓差（最大占空比99.3%+圖），有效拓展無線充功率發射級的輸入電壓范圍。SCT9431Q可用于10W的方案，支持3A輸出，最高耐壓可達42V。 同時，芯洲特有的多級柵級驅動專利技術，可有效的抑制開關結點的開關振鈴，更容易通過相關的EMI測試。以下是SCT2462EVM板實測，從波形上看，SCT2462在滿載時，上管開通的振鈴過沖僅3.4V，且沒有多次振蕩，關斷時的波形非常干凈。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SCT2462EVM：12V輸入，5V/6A滿載輸出，開關節點SW的波形（圖2為細節） CAN和MCU的供電方案 目前市場上最常用的CAN通訊接口器件大多都是采用5V供電，而大部分的MCU供電電壓卻從5V降低到了3.3V供電，可采用SCT2600Q（0.6A輸出降壓變換器）及SCT71403Q（300mA LDO方案）。SCT2600Q是車規級的一級電源，Vinmax=60V，支持2.1MHz開關頻率，可避免對車載AM（540 KHz－1600KHz?）頻段的干擾，輕載工作模式PSM，大大提高了輕載效率，在負載4mA時，效率大于80%。 SCT71403Q是車規級的一級LDO，VINmax=42V，VOUT=3.3Vor5V，Imax=300Ma，待機電流僅2.4uA，自身身集成了OCFB（過流折回）/OTP/UVLO/PG等電壓電流檢測及保護功能，有效地保護了輸出負載短路大電流等情況，提高了用戶使用的安全可靠性。極低的待機電流大大降低了整機的待機功耗，非常適合常待機應用場合。 無線充電發射端功率級 無線充電按照技術路線，大概分為三種類型。第一種為電磁感應，第二種是電磁諧振，第三種事無線電波。三種路線都有相應的標準和組織在推進，推進市場應用及標準化?，F在Qi的電磁感應方式占據了主流，遵循Qi標準的發射端和接收端的方案愈加完善。在發射級的性能方面，主要關注幾點： 1） 工作電壓范圍：3v-15v。 SCT63340芯片供電電壓范圍為4.2V~30V，功率級的工作電壓范圍為1V~26V。是目前15W無線充發射端輸入電壓范圍最寬的一款芯片。 2） 轉換效率。 SCT63340內部集成13mohm的全橋MOS管，其15W時的功率傳輸效率達86%，高于行業平均水平。 SCT63340功率傳輸效率 3） 芯片面積及散熱。 SCT63340采用QFN 4x4封裝，可最大化程度節約布板面積，實現高密度集成化解決方案。提供可靠的焊接質量，及良好的散熱能力。具有良好的電性能和熱性能，體積小，重量輕。 SCT63340同時自帶調解功能，簡化電路設計，節約MCU功能性成本。芯洲科技持續為客戶提供豐富的電源芯片選擇，同時基于市場需求快速迭代。 更多定制化電源管理解決方案，歡迎關注并聯系我們。 詳情請參考：SCT2462FNAR 詳情請參考：SCT2600TVBR 詳情請參考：SCT9431FSAR 詳情請參考：SCT63340FGAR
2023-05-09了解詳情 -
針對高串電池包（>12串）應用的大電流解決方案
目前，芯洲推出針對高串電池包（>12串）應用的大電流DC/DC產品SCT2A25/2A27供大家選型。具體性能如下介紹： 1.1 1.1.2 SCT2A27STER ? 1.2 可靠性 1.2.1 SCT2A25STER 1.2.2 SCT2A27 1.3 DEMO測試效率 1.3.1 SCT2A25STER ?? 1.3.2 SCT2A27STER 介紹完芯片性能，接下來介紹下市場應用。SCT2A25/2A27經過市場驗證，廣泛應用于二輪電動車GPS/儀表盤/BMS/電機驅動，以及PoE工業交換機等。詳細如下: 2.1 二輪車應用 2.1.1 電機驅動 ?? 2.1.2 儀表盤 2.1.3 GPS 2.2 工業應用 2.2.1 PoE工業交換機 2.2.2 園林工具 芯洲科技簇擁市場，為客戶提供最快、最好的支持和專業解決方案。公司追求誠實守信、持續創新、合作共贏的企業精神，和在不斷拼搏中茁壯成長的中國集成電路產業一起砥礪前行。 詳情請參考:SCT2A25STER 詳情請參考:SCT2A27STER
2022-10-19了解詳情
京公網安備 11010802042628號