上海矽朋微電子SSP9481-DC/DC降壓芯片

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(jì)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(lái)完成40V~60V輸入，輸出為3.3V，帶載能力為800mA的電源設(shè)計(jì)任務(wù)，包括芯片關(guān)鍵參數(shù)的選擇、電路設(shè)計(jì)、元器件選型以及性能優(yōu)化等方面。

SSP9481的產(chǎn)品特點(diǎn)

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(kāi)關(guān)頻率

陶瓷輸出電容穩(wěn)壓

逐周期過(guò)流保護(hù)

熱關(guān)斷保護(hù)

效率高達(dá)92%

輸出從1V到0.95Vin可調(diào)低關(guān)機(jī)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(jiǎn)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(dòng)管的正電源極。在該腳與SW之間連接一個(gè)升壓電容。

GND:接地端

FB:反饋端

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

VIN:電源輸入端，并接一個(gè)電容來(lái)儲(chǔ)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(chǔ)能和濾波，以防止輸出需要大電流時(shí)候，外部供電模塊來(lái)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(gè)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(guò)度的電壓紋波。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，ILOAD為輸出電流0.8A，fs為開(kāi)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(shí)，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(lái)的輸入電壓尖峰，為了減少潛在噪聲，在使用電解電容器時(shí)，應(yīng)盡可能放置一個(gè)小型X5R或X7R陶瓷電容器，例如0.1μF/100V的貼片陶瓷電容來(lái)濾除輸入直流電壓中的高頻信號(hào)。

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(duì)于開(kāi)關(guān)電源模塊，電源自身會(huì)產(chǎn)生和開(kāi)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(huì)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(huì)有壓降，這個(gè)就會(huì)產(chǎn)生輸出紋波，所以在選擇輸出電容的時(shí)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(gè)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(kāi)關(guān)頻率較高，或者負(fù)載變化不大的場(chǎng)合用陶瓷電容即可。

不同類(lèi)型的電容之間存在一些差異，對(duì)于陶瓷電容，開(kāi)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(jiǎn)單起見(jiàn)，輸出電壓紋波可通過(guò)以下公式估算：

公式:

根據(jù)公式計(jì)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(lái)穩(wěn)定輸出電流以及儲(chǔ)能，輸出電感和輸出電容組成的LC濾波電路主要用來(lái)平滑輸出電壓，使輸出電壓是一個(gè)穩(wěn)定的直流。在選擇輸出電感的時(shí)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(duì)于BUCK開(kāi)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(duì)于大多數(shù)的設(shè)計(jì)，電感值可由公式得到:

公式:

根據(jù)公式計(jì)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(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，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(lái)的損耗，請(qǐng)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(shí)，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(guò)外接反饋電阻形成一個(gè)閉環(huán)的電路，從而使輸出穩(wěn)定為設(shè)定輸出值。通過(guò)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(cè)中推薦的阻值即可

最終原理圖

PCB布局注意事項(xiàng)

Layout 設(shè)計(jì)

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?yàn)檩斎腚娏鞑贿B續(xù)，寄生電感引起的噪聲對(duì)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(chǎng)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(jiàn)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(diǎn)（開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)），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(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(huì)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(chǎng)能量越小。

如圖：

SSP9481型號(hào)DEMO板

5.SW點(diǎn)是噪聲源，保證電流的同時(shí)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(diǎn)面積和更換體積更小的電感，可以減弱電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，如圖：

SSP9481型號(hào)DEMO板

測(cè)試驗(yàn)證

輸入電壓測(cè)試

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

示波器紋波測(cè)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(cè)試

普源MSO5204數(shù)字示波器

下圖所示為輸出電壓上電的測(cè)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(méi)有振鈴和電壓過(guò)沖等現(xiàn)象。

輸出電壓上電測(cè)試

下圖為輸入電壓40V,負(fù)載800mA時(shí)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(cè)試圖

下圖為輸入電壓60V,負(fù)載800mA時(shí)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(cè)試圖

從實(shí)際測(cè)試波形上看，輸出電壓紋波峰峰值與計(jì)算結(jié)果非常接近。

結(jié)語(yǔ)

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(fèi)類(lèi)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。