上海矽朋微电子SSP9481-DC/DC降压芯片

   上海矽朋微电子最新推出的SSP9481是一款高性能的80V、1A异步降压转换器，非常适合用于设计宽范围输入电压（4.5V至80V），且具备1A带载能力的电源系统。

   下面，我们将详细阐述如何使用SSP9481芯片来完成40V~60V输入，输出为3.3V，带载能力为800mA的电源设计任务，包括芯片关键参数的选择、威廉希尔官方网站 设计、元器件选型以及性能优化等方面。

SSP9481的产品特点

 输出1A持续电流，1.5A峰值电流4.5V至80V宽工作电压范围

 1Ω的内部功率MOSFET480KHz固定开关频率

 陶瓷输出电容稳压

 逐周期过流保护

 热关断保护

 效率高达92%

 输出从1V到0.95Vin可调低关机模式电流:<1μA

 封装形式:S0T23-6

SSP9481的原理介绍

  典型应用图 

   下图为SSP9481的典型应用图(输出电压为5V)，具体内容可以简化为输入部分、控制部分、输出部分以及反馈部分。

    输入部分:电容C1;

    控制部分:SSP9481芯片以及自举威廉希尔官方网站 C2;

    输出部分:二极管D1、电感L1、电容C3;

    反馈部分:电阻R1、R2以及电容C4。

图 1丨典型应用图

  芯片引脚图  

图 2丨芯片引脚图

BST:自举电容的引脚端，内部提升高边MOSFET驱动管的正电源极。在该脚与SW之间连接一个升压电容。

GND:接地端

FB:反馈端

SW:开关输出引脚，需要就近接一个低VF的肖特基二极管到地以减少开关尖峰。

VIN:电源输入端，并接一个电容来储能和去耦

EN:使能引脚端

极限参数

推荐工作条件

外围元器件选型

  电容选型  

 输入电容选型

       输入电容的主要目的是储能和滤波，以防止输出需要大电流时候，外部供电模块来不及供电，从而导致输出电压跌落的现象。

输入电容器可以是电解、钽或陶瓷电容，需要加一个小的陶瓷电容器（0.1μF）就近放置芯片输入管脚。当使用陶瓷电容,确保他们有足够的电容值防止输入过度的电压纹波。

     根据设计要求，ILOAD为输出电流0.8A，fs为开关频率480KHZ，C1为输入电容，Vout为输出电压3.3V，VIN为输入电压40V~60V，输入电容器可以是电解的、钽或陶瓷的。当输入电压较高时，建议使用铝电解电容作为输入电容，可以有效缓解热插拔上电带来的输入电压尖峰，为了减少潜在噪声，在使用电解电容器时，应尽可能放置一个小型X5R或X7R陶瓷电容器，例如0.1μF/100V的贴片陶瓷电容来滤除输入直流电压中的高频信号。

     本例中选用47μF/100V+100nF/100V作为输入电容。

输出电容选型

公式:

     L为输出滤波电感，RESR为输出电容器的等效串联电阻值，COUT为输出电容值。对于开关电源模块，电源自身会产生和开关频率一致的电源纹波，始终叠加在电源上输出。输出纹波也会由输出电容的内阻所引起，不断的给输出电容充放电，充电电流在输出电容的内阻RESR两端就会有压降，这个就会产生输出纹波，所以在选择输出电容的时候尽量选择RESR较小的贴片陶瓷电容而不是电解电容，选择几个电容并联也是为了降低输出阻抗。控制回路的响应较快（COT），开关频率较高，或者负载变化不大的场合用陶瓷电容即可。

    不同类型的电容之间存在一些差异，对于陶瓷电容，开关频率下的阻抗由电容决定。输出电压纹波主要由电容引起，为简单起见，输出电压纹波可通过以下公式估算：

公式:

根据公式计算，输出电容我们选择2*22μF/10V+0.1μF/50V,输出纹波约为13mV（峰峰值）左右。

  电感选型  

 输出电感选型
 

   输出电感的主要作用是用来稳定输出电流以及储能，输出电感和输出电容组成的LC滤波威廉希尔官方网站 主要用来平滑输出电压，使输出电压是一个稳定的直流。在选择输出电感的时候，除了要考虑电感值的大小外更要考虑电感所能抑制的电流值。对于BUCK开关变换器的输出电感的电流额定值最少是1.2倍的输出电流。电感纹波电流（ΔIL）为负载电流的30%。对于大多数的设计，电感值可由公式得到:

公式:

根据公式计算，电感L可以选择22μH,电感额定电流为1A

  肖特基二极管选型  

    上管开关关闭时，输出二极管为电感电流续流。为减少二极管正向导通电压和反向恢复带来的损耗，请使用肖特基二极管。流经二极管的平均电流可根据以下公式估算出：

公式:

    选择肖特基二极管的耐压时，反向击穿电压VR要大于最大输入电压的20%~30%为宜，并不是耐压越高越好，随着耐压的升高肖特基二极管的正向压降VF越大。

        综上：本例中肖特基二极管我们可以选择SS18

  反馈电阻选型  

    反馈部分电阻的选择，SSP9481通过外接反馈电阻形成一个闭环的威廉希尔官方网站 ，从而使输出稳定为设定输出值。通过R1和R2的分压得到反馈电压，VFB典型电压值0.812V。

公式:

各输出电压的参考电阻

直接使用手册中推荐的阻值即可

最终原理图

PCB布局注意事项

  Layout 设计  

1. Vin电容应就近放置在芯片的Vin管脚和芯片的地之间，尽量在一层，因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响。高频环路的环路越小，磁场能量越小。 

2.FB是芯片最敏感，最容易受干扰的部分，是引起系统不稳定的最常见原因:

   1)FB电阻连接到FB管脚尽可能短，减少噪声的耦合。

   2)远离噪声源，SW点（开关节点），电感，二极管（非同步buck）。

3.放置电感不需要和放置输入电容一样距离IC那么近，以最小化开关节点的辐射噪声。一般不建议电感下面铺铜，接地层出现的涡流会导致电感的感量变小。

4.输出滤波电容尽可能的靠近电感。高频环路的环路越小，磁场能量越小。

如图：

SSP9481型号DEMO板

5.SW点是噪声源，保证电流的同时保持尽量小的面积，远离敏感的易受干扰的位置。减小节点面积和更换体积更小的电感，可以减弱电场场强，如图：

SSP9481型号DEMO板

测试验证

  输入电压测试  

  本次测试使用设备：普源牌MSO5204数字示波器以及万用表

  示波器纹波测试设置

  耦合方式：交流耦合

  带宽限制：20M

  表笔：X1

  使用接地弹簧测试

普源MSO5204数字示波器

  下图所示为输出电压上电的测试图，从示波器上可以看出，输出电压最大值是3.40V，输出电压上升沿平缓，没有振铃和电压过冲等现象。

输出电压上电测试

  下图为输入电压40V,负载800mA时输出电压的纹波，从示波器中可以看出，纹波的峰峰值为14.25mV

输出纹波测试图

  下图为输入电压60V,负载800mA时输出电压的纹波，从示波器中可以看出，纹波的峰峰值为17.42mV

输出纹波测试图

  从实际测试波形上看，输出电压纹波峰峰值与计算结果非常接近。

结语

Conclusions

矽朋微电子SSP9481产品功能丰富、性能优异、稳定性与可靠性较高，可广泛应用于消费类电子产品、工业电力系统等，能够提供稳定可靠电源方案。