基于模拟电流模式的SIMPLE SWITCHER稳压器

摘要： 本文简述新型SIMPLE SWITCHER稳压器和模拟电流模式控制技术，以及WEBENCH网上设计工具。
关键词： 稳压器；SIMPLE SWITCHER；ECM；WEBENCH设计工具

    现在，对电源功耗、效率、外型尺寸、成本、上市时间等提出更高和更苛刻的要求，而设计裕量越来越少、往往在设计的最后阶段还要修改设计，这使得电源系统必须采用更先进的技术。为此，美国国家半导体公司推出6款全新的高性能、设计灵活、容易使用的SIMPLE SWITCHER高频降压稳压器，同时为了使新产品获得更好的设计支持，该公司进一步加强WEBENCH设计工具的内容，使用户在更理想的设计支持下迅速完成DC/DC电源系统的设计。

全新的SIMPLE SWITCHER高频降压稳压器

    6款新型号SIMPLE SWITCHER稳压器具有下列特性：
*宽输入电压范围(6V~75V)；
*输出电压最低可达1.225V；
*输出电流高达3A(LM25576，LM5576)；
*开关频率(50KHz~1MHz)可调；
*良好的负载瞬态响应；
*可靠的过流保护以及过热停机等功能。

    这几款新型稳压器的一个具体应用实例示于图1。LM25576是6款新型稳压器中的一种，其输入电压范围6V~42V，可调的输出电压可低到1.225V，用单个电阻器可调节工作频率在50KHz~1MHz，具有主或从频率同步，可调的软启动，内置保护，采用模拟电流模式(Emulated Current Mode-EMC)控制结构。

图1　LM25576应用电路

模拟电流模式(ECM)控制

    新型SIMPLE SWITCHER稳压器是基于已注册专利的模拟电流模式控制(ECM)结构。

    大多数传统的电流模式稳压器是通过控制FET的导通电流来测量电感器电流。而ECM是在控制FET即将恢复导通前测量续流二极管的电流(图2)，然后，取样/保持电路捕获此信号，稳压器的内置时钟选通取样/保持电路。保持二极管电流信号，然后导通控制FET。此后，1个小的电流源开始充电斜波电容器，电容器所选值与电感器值成比例。充电电流正比于输入和输出差值电压。因此，电容器的斜波电压斜率正比于电感器电流斜波。当把斜波电压加到上述的取样电流测量中时，结果是1个梯形波形，这完全像控制FET的电流波形去除所有常见的非理想形状。这使得ECM能精确地控制非常窄的导通脉冲，这对于稳压器工作在大降压比的条件下是一个非常有价值的特性。

图2　ECM控制结构

    ECM控制集电压模式与电流模式控制的优点于一身，具有如下特点：
·良好的瞬态响应；
·可工作在极低占空比；
·良好的抗噪声干扰能力；
·良好的线路噪声抑制能力；
·利用WEBENCH网上设计工具模拟简单的环路补偿。

WEBENCH网上设计工具

    美国国家半导体公司的WEBENCH网上设计工具为SIMPLE　SWITCHER稳压器提供设计支持。工程师利用这种网上设计工具可以在很短时间内完成包括建模、优化及分析在内的整个设计过程。WEBENCH设计工具是一套完善的软件解决方案，包含挑选器件、建立设计、分析设计、建模(图3)，这包括选择元器件、选择最佳方案、产生电路图/电气特性分析、PCB设计图/热能分布分析等。图4示出该设计工具的一个应用实例。

图3　WEBENCH网上设计工具

图4　WEBENCH设计工具应用实例

参考文献：
1.  http://www.national.com/pf/LM/LM25576.html
2.  Switcher.national.com
3.  “Added flexibility improves monolithic buck regulator designs”,美国国家半导体