咱们做硬件的,对DC-DC芯片肯定不陌生。但说到高压DC-DC芯片,如果你平时不接触工业电机驱动、IP摄像头这些行业,可能就不太熟悉了。今天这篇文章,我就带大家了解一下这个领域,顺便聊一颗国产的120V同步降压控制芯片——Hi9300E。

01
搞工业电源设计的朋友可能都有个体会:输入电压一高,芯片选择就变得特别尴尬。低压方案不敢用,高压方案可选择性又太少。
为什么会出现这种情况?咱们把电压段拆开看就清楚了。
低压段(4.5V-18V)是消费电子的主场,芯片最多,工艺最成熟,成本也压得最低。
中压段往上走到100V,情况就开始变了。100V算是一个分水岭,这个段的产品已经变少,但选择还算充足,工业控制、车载娱乐这些场景还能找到不少方案。
市面上常见的,国外主要是TI和ADI在撑着。TI的LM5116,6-100V输入,经典型号,但100V是上限,你要做个输入110V的系统,它就用不了。ADI的LTC7810,4.5-140V输入,参数确实漂亮,但价格和交期,用过的人都懂。
02
国产在这个段能打的,确实不多。但今天要聊的这颗Hi9300E,是智芯半导体推出的同步降压DC-DC控制器,几个关键参数直接摆在台面上:
1、输入电压8-120V,芯片耐压做到140V
Hi9300E第一个要解决的问题,就是高压段没芯片可用。它的输入电压8-120V,芯片耐压做到140V,在这个电压段,市面上能打的同步降压控制器,确实不多,而Hi9300E的优势在于性价比高,长期稳定供货、还有一支能随时响应的技术支持团队。遇到问题直接找到原厂的人,沟通顺畅,解决起来快得多。

很多传统DC-DC需要外围RC网络调环路,调不好就容易振荡。Hi9300E用的是智芯自己的专利算法,环路补偿直接做在芯片内部。负载跳变时响应速度快,输出电压纹波也压得住。实测动态响应波形显示,负载跳变时输出电压跌落幅度小、恢复时间快。

高压大电流的DC-DC,EMI整改经常让人头疼。Hi9300E内部集成了随机序列编码抖频,开关频率不是固定的,而是在一定范围内随机变化。效果是把窄带干扰的能量分散到更宽的频段上,峰值降下来,过EMI测试会轻松不少。开关频率也可以通过外接电阻在70kHz到300kHz之间调整,想要小电感就往高了调,想要高效率就往低了调,灵活度够用。
传统方案过流保护需要外接采样电阻,电阻上会一直会有功率损耗,效率会往下掉。Hi9300E直接用下管MOS的Rds(on)做采样电阻,通过CS脚接SW,配合外部Rcs设定过流点。省掉一个功率采样电阻,效率能往上拉一拉。

Hi9300E给了几个实用的保护功能:
A、LATCH脚可选保护模式:接高或者悬空时,过流或短路保护进入打嗝模式,不断重启尝试,适合需要自动恢复的设备;接低时,保护后直接锁定输出,重新上电才恢复,适合故障时需要人工介入的场景。
B、支持过温保护、欠压保护、输出短路保护、软启动功能等,性能安全可靠。
如果你手头正在做工业电机驱动、电动自行车、非隔离POE供电,或者电信服务器电源,这颗芯片可以看看。
03


1、输出电压设定
大多数DCDC输出电压几乎都是这样计算的,通过外部电阻分压器设定,反馈电压0.843V。

计算公式:
2、过流点设置


当 VSENSE 电压低于 1.2V 时,START 端口钳位 12V,此时输入电压 VIN 给芯片供电;
当 VSENSE 电压高于 1.2V 时,START 端口钳位 6V,此时输出电压 VOUT 给芯片供电;
VSENSE 管脚往外输出 5uA 电流,因此 VRVL实际电压值为:

还有一些其它电路设计要点,这里就不再一一列出,感兴趣的朋友可以咨询原厂获取设计资料。
4、PCB布局要点
原厂设计资料其实已经有比较详细的介绍,这里稍微总结一下:

1、功率回路:SW端、MOS管漏极、电感的走线覆铜尽可能短、宽;
2、CS检测:CS峰值检测电阻靠近CS脚和GND脚放置;
3、地线处理:VDD电容的GND端、芯片GND端与CS采样电阻GND端单点连接;
4、输入电容:尽可能靠近芯片布局。
更多详情,请参见原厂芯片设计规格书。
04
为方便客户快速验证Hi9300E芯片的功能,智芯推出了对应的Demo板,设计上充分考虑了高压大电流应用的实际需求。板子采用典型的外置MOS配置,输入电容靠近芯片布局,功率回路走线短宽,CS采样电阻紧贴芯片管脚,确保在高压差大电流工况下依然能稳定运行。
这是Demo板正面图片,外置MOS配有两个大散热器,毕竟得抗住几十A的大电流,散热措施必须得做好。

这是Demo板背面图片,铜皮上覆了一层厚厚的锡,以满足大电流的载流能力。

测试条件准备,原厂实测表现:

开机软启动效果明显,关机无过冲。

开关节点波形干净,无明显振铃,输出电压平稳。

输出短路保护:根据LATCH脚设置,正确进入打嗝或锁定模式。

温升测试通过,整体表现良好。但发现上管发热量偏大,驱动参数和散热方面还有优化空间。

05
Hi9300E这颗芯片的核心亮点,我帮你划个重点:
突破120V高压,用的是专利算法,能做到超快动态响应、超低纹波;内置抖频优化EMI,不用外置CS采样电阻,降低损耗、提高效率;再加上多种保护模式,用起来更放心。
国产芯片还有一个实在的优势——供货稳、技术支持到位,综合竞争力上确实有底气。
如果你正在挑高压DC-DC方案,或者手头有工业电机驱动、电动自行车、PoE供电的项目,可以了解一下这款芯片。
今天的内容就分享到这里。如果你觉得有帮助,欢迎点赞、收藏、转发,咱们下期再见!