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高压120V+控制DCDC,终于有颗国产芯片敢跟国外大厂掰手腕了。

5月前浏览453
前段时间我写了一篇文章,聊了聊国产MCU那些事儿(点击标题查看:如果不考虑STM32,你会推荐哪些国产单片机?今天换个方向,给大伙介绍一下高压DC-DC芯片。

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

高压DC-DC,为什么选择这么少?  

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。

 
一旦到了100V以上,可选择性就真不多了。这个电压段对芯片工艺要求高,需要考虑更高的电压应力、绝缘性能和可靠性等因素。对研发要求更严格,能做同步降压的就更少了。很多所谓的高压芯片,其实是异步降压——只驱上管,下管用续流二极管,效率上不去,发热也大,在大电流场合根本不敢用。

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

Hi9300E介绍  

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。

2、专利算法控制,超快动态响应、超低纹波

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,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。

3、内部集成随机序列编码抖频,优化EMI

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。

4、无外置CS采样电阻,提高效率

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。

5、多种保护模式,系统更稳定可靠

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

参考设计  

这是常规的应用电路原理图,仅需一颗芯片、两颗MOS管,配合输出电感和外围阻容元件就能搭起来。
对于VIN > 72V、VOUT < 24V的大功率应用场景,虽然会多几个元器件,但整体来看,外围器件依然不算多。

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

芯片的CS管脚用于设置过流点,实现过流保护,共有两种接法。除了前面提到的利用下管MOS的Rds(on)内阻进行检测外,另一种是外接采样电阻。
如果下管Rds(on)温漂较大,或者你对检测精度要求比较高,可以采用传统的接法,通过外部电阻采样。
3、输出供电功能
输出供电功能由 START 端口配合 VSENSE 端口电压来实现供电的切换:

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

Demo板介绍与测试参数  

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

小结  

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!

来源:硬件笔记本
电源电路半导体电子消费电子芯片电机控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-03-25
最近编辑:5月前
硬件笔记本
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