压降补偿功能LDO及低压高速开关电源的应用设计方案

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1 压降补偿功能LDO及低压高速开关电源的应用设计方案

2 内容概要 1. 有压降补偿功能的 LDO -用途 -控制方式 -产品 2. 开关电源 -控制方式（电压模式和电流模式的不同） -电压模式电源
-电流模式电源 -高速电源 3. 新日本无线电源相关产品介绍

3 有压降补偿功能的 LDO

4 带USB接口的电子设备 AV功放 车载音响及导航仪 USB接线 充电器 电脑

5 关于USB充电的接线问题 Long Cable Main Part Main Part Smart Phone Tablet
USB Port Main Part

6 关于USB充电的接线问题 电压(V) = 电流(I)  电阻(R) ① 接线电阻产生压降
　　终端电压降低引起充电速度减慢，电压不稳定导致很难满足充电规格 电阻 电阻 电阻 Main Part (A点) (B点) 电压(V) 电压(V) = 电流(I)  电阻(R) 5.0V (A点) 电阻产生压降 (B点) USB规格 VO=4.75V ~ 5.25V 　 USB2.0 : IO=500mA 　 USB3.0 : IO= 900mA Apple规格： 4.75V5.25V/1000mA 接线端(B点) : 4.90V以上 电阻(R)

7 关于USB充电的接线问题 ② 负载电流引起压降 终端电压降低引起充电速度减慢，电压不稳定导致很难满足充电规格 电阻 电阻 电阻 (A点)
　　终端电压降低引起充电速度减慢，电压不稳定导致很难满足充电规格 电阻 电阻 电阻 Main Part (A点) (B点) 负载电流 电压(V) 5.0V (A点) 负载电流变化引起压降 (B点) 电流(I)

8 目前的电路构成 各厂家各自定出最长接线规格，估算出压降，相应提高输出电压
估算压降后设定输出电压 估算压降后设定输出电压 各厂家各自定出最长接线规格，估算出压降，相应提高输出电压 例) USB规格:最长线长 5m, T公司规格：3m（电阻值0.313Ω）

9 有压降补偿功能的电源 推荐使用内有输出电压校正功能的NJM2815产品，就能够减少接线阻抗搭配的 设计工作量，提高设计速度。
改变RADJ 电阻 就能调节Load Regulation 推荐使用内有输出电压校正功能的NJM2815产品，就能够减少接线阻抗搭配的 设计工作量，提高设计速度。

10 压降补偿功能解说 电阻 电阻 电阻 (A点) (B点) 随电流增加上升 电压不变 Main Part
USB Port Voltage (B点) Output Voltage (A点) 电压不变 Output Current Load Current

11 NJM2815 : 有电压校正功能 Io=1A 的 LDO 改变 RADJ 电阻值， 可以改变Load Regulation（电压校正）
+0.25V RADJ=10kΩ Output Voltage (V) +0.1V 标准输出电压 5.1V ± 1.0% RADJ=5.1kΩ Output Current (A)

12 Control Voltage : VCONT [V]
其他功能 -易于构成USB电源的便利功能 < 软启动功能> 减少冲击电流 < 保护功能 > ▪ 过电流保护电路 ▪ 短路保护电路 ▪ 过热保护电路（TSD） < 带延迟功能的ErrorFlag输出 > ▪ 通报有过电流、短路、过热 ▪ 能应对HotPlug ▪ 备有2种ErrorFlag - Auto Release Type - Latch Type Control Voltage : VCONT [V] Output Voltage : Vo [V] Time : t [ms] VOUT Auto Release Type Latch Type Short

13 应用电路例 有多个USB接口时，使用NJM2815能简单构成电源电路 用于校正Load Regulation
若把Vo_ADJ端子接地，输出电压为5.15V。 若把Load_ADJ接地，将无电压校正功能。

14 压降补偿功能系列产品 Under Development NJM2815 : LDO类型 输出电流 1A : For Smart Phone
• 输出电压 : • 输出电压校正 : 0.25V typ. 0 to RADJ=10kΩ • 输出Sink功能 • 输出电容器 : Ceramics or Electrolytic Capacitor • Soft Start功能 : 4ms typ. • Error Flag输出 : 带延迟功能(Auto Release, Latch Type) • 保护功能 : 过电流、短路、过热 保护 • 封装 : HSOP-8 NJW4119 : 开关稳压器类型 输出电流 2A : For Tablet • 耐圧 : 45V • 输出电流 : 2.1A • 输出电压 : • 输出电压校正 : 0.25V typ. 0 to RADJ=10kΩ • 与外部同步功能 • Soft Start功能 • Error Flag输出 : 带延迟功能 • 保护功能 : 过电流、短路、过热 保护 • 封装 : HTSOP-24 Under Development

15 开 关 电 源

16 开关稳压器（电压模式） 开关稳压器的反馈控制方式主要分为电压模式和电流模式。 < 电压模式 >
通过反馈环路，只把输出电压反馈给输入端的反馈方式。 输出电压经分压后，用Error AMP同基准电压比较、放大，所得差值再和三角波比较，然后决定PWM 信号脉宽，最终调节开关达到控制输出电压。 电压信号

17 开关稳压器（电流模式） < 电流模式 > 在电压反馈电路里追加了电感电流反馈环路。
在控制ON Duty 的 PWM Comp.输入端输入电感电流控制信号。 电流模式更容易提高电源的频率特性，改善动态响应特性和稳定性。 电压信号 电流信号

18 开关稳压器反馈控制方式比较 新日本无线都有这两种模式的开关稳压器。 电压模式 电流模式 构成 使用输出电压信号来控制。 电压反馈
输出电压和电感电流2种信号来控制 电压+电流反馈 相位补偿设计 各电路都需要配置 容易（易于内置） 使用输出电容器 很难让电路稳定工作 容易 动态响应特性 慢 快 振荡频率 无论固定还是可变 需要固定 最小ON时间 无限制 限制在几% 新日本无线都有这两种模式的开关稳压器。

19 电压模式产品的低压工作原理(现有电路) 当VDD降至5.3V时，为了确保最低输入输出电位差， 输出VREG开始降低，导致将不能驱动负载。

20 低压工作的电路构成 ①检测出低电压(5.6V以下) → MN3 ON ②MN3 ON之后，MP3的Gate电位降低，导致MP3 ON
③ ①检测出低电压(5.6V以下) → MN3 ON ②MN3 ON之后，MP3的Gate电位降低，导致MP3 ON ③于是VDD将直接驱动VREG电路，输出VREG可保持不变， 最终能够实现低压工作

21 NJW4152 低饱和稳压 即使冷启动时蓄电池电压低，也能确保稳定的Load Regulation特性
　・能以低压工作，即使冷启动也能确保工作电压 　・Duty最大100%，能低饱和稳压工作 当VIN 为4.3V时， 能稳定驱动3.3V微处理器 低UVLO的AB版本特性例 21

22 NJW4152 内置0.6A/1A MOS FET 的降压型开关稳压器
2018/9/21 NJW4152 内置0.6A/1A MOS FET 的降压型开关稳压器 内置0.6A/1AのMOS FET，振荡频率可变，能满足既注重效率又要求小型化的需求 - 保证125℃工作，广泛应用于从车载AV到各种ECU ■　应用电路图 ■ 性能 电压模式控制 宽压范围 4.6V～40V (耐圧 45V) 开关电流 1A min. (Ver.A) 0.6A min. (Ver.B) PWM控制方式 能对应陶瓷电容器 振荡频率 300kHz1MHz 软启动功能 4ms typ. 低压故障保护电路 过电流、过热保护功能 待机功能 输入： 耐圧=45V, 工作电压=40V 高频率使L小型化 输出： HSOP8封装: 1A VSP8封装： 0.6A 可任意设定 振荡频率 ■　系列 ■　封装 产品名 ver. 输出电流 工作电压范围 封装 工作温度范围 NJW4152GM1-A A 1.0A 4.6～40V HSOP8 一般规格 -40～+85C NJW4152GM1-A-T1 T1规格 -40～+125C NJW4152GM1-AB AB 3.6～40V NJW4152GM1-AB-T1 NJW4152R-B B 600mA VSP8 HSOP8 MSOP8(VSP8) ■　应用 传感器、逆变器、PLC、车载AV、收音机 22 22

23 NJW4153 电流模式、内置1A MOSFET的降压型开关稳压器
- 内置相位补偿电路，能以最少外接部件构成 - 最适合微处理器、DSP等要求瞬态响应特性的电源 ■ 性能 ▪ 电流模式控制 ▪ 宽压范围 : 4.6V to 40V ▪ 开关电流 : 1.4A min. ▪ PWM控制方式 ▪ 内置相位补偿电路 ▪ 待机功能 ▪ 能对应陶瓷电容器 ▪ 振荡频率 : 1MHz ▪ 软启动功能 : 4ms typ. ▪ 低压故障保护电路 ▪ 过热保护电路 ▪ 过电流保护功能 ▪ 封装 : SOT-89-5, DFN8-V1 ■ 封装图 ■ 应用电路图 NJW4153U2 ( SOT-89-5 ) NJW4153KV1 ( DFN8-V1 )

24 负载瞬态响应特性比较 NJW4153是电流模式控制，有良好的瞬态响应特性。 变化量 50mV 变化量 400mV 变化量 50mV
NJW4152注重稳定性，Cout=4.7uF配置，与NJW4153相比应用设定更加严格。

25 内置电流模式相位补偿使电路简单化 条件 : VIN = 12V / 24V VOUT = 5V IOUT = 1A
NJW4152电路例（电压模式） NJW4153电路例（电流模式） 减少外接部件使电路设计简单化 原11个→ 减少为7个 （为不让电源电路产生自激振荡的相位补偿电路设计变得简单）

26 NJW4128 / NJW4154 / NJW4155 (. UD) 电流模式、内置 2. 5A / 3. 0A / 1
NJW4128 / NJW4154 / NJW4155 (*UD) 电流模式、内置 2.5A / 3.0A / 1.5A MOS FET 的 降压型开关稳压器 - 不需要外加相位补偿器件，有利于节省空间、降低成本 - 备有Power Good端子，宜于微处理器稳定工作和各电源IC之间相互控制 - 有良好的瞬态响应特性，即使是负载变动很大的微处理器也能很好跟随变化 ■ 特性 ▪ 电流模式控制 ▪ 能与外部时钟同步 ▪ 宽压范围 : 4.5V to 40V ▪ 开关电流 : 2.5A, 3.6A, 4.5A min. ▪ PWM控制方式 ▪ 待机功能 ▪ 内置相位补偿电路 ▪ 能对应陶瓷电容器 ▪ 振荡频率 : 300kHz to 450kHz ▪ 软启动功能 : 4ms typ. ▪ 低压故障保护电路 ▪ 过电流保护功能 ( Hiccup方式 ) ▪ 过热保护功能 ▪ Power Good 功能 ( 仅限 HSOP8 PKG ) ▪ 封装 : HSOP8, TO-252-5 ■ 封装图 ■ 系列产品 产品名 输出电流[A] 振荡频率[kHz] 封装 NJW4155 (U.D.) 1.5 300 HSOP8 TO252-5 NJW4128 (MP) 2.5 300, 450 NJW4154 (MP) 3 HSOP8 5.2×6.2×1.55mm TO-252-5

27 NJW4128 负载瞬态响应特性例 VIN=12V, Vout=3.3V IOUT=500mA to 1.5A
△80mV △140mV 10s/DIV 10s/DIV ⊿120mV * Reference VIN=12V, VOUT=3.3V IOUT=500mA to 1.5A 27

28 NJW4128 / NJW4154 / NJW4155 (*UD) ~ 过电流保护功能 Hiccup 方式的优点 ~
逐脉冲方式限制过电流，开关电流持续流动，当输出电压降低时，电流将增加会产生发热。 使用Hiccup方式时，间隔一定期间停止再启动，就可以抑制能量（发热）。 当输出电压降低时，振荡频率将减为1/3 ， 从而抑制开关电流 < Pulse by Pulse > ON SW Pin OFF Hiccup 输出电压 [V] 过电流保护工作期间 伴随负载恢复 回归正常工作 Normal < Hiccup > 50~100 Count 24ms 4ms ON SW Pin 输出电流 [mA] OFF 过电流保护 工作期间 开关停止 工作期间 软启动恢复期间 增设停止期间，更能抑制能量

29 为何要求SW.REG.的频率要外部同步或 2MHz以上
SW.REG.的开关频率接近于AM广播频带。 如果频率重叠使用，将导致AM广播的S/N比降低。 那么，解决办法有以下几种方式。 ①外部同步功能 　　使用微处理器的时钟信号改变SW.REG.的开关频率 ②使用2MHz以上的频率 　　使用比AM广播频带高的频率 ③使用250kHz以下的频率 　 使用比AM广播频带低的频率（以前的解决方法）　 ③250kHz以下 ①外部同步功能 ②在2MHz以上工作 避开频率冲突 调谐 SW.REG.开关频率 AM广播频率 1600kHz(中国) 设计定到1800kHz 530kHz 29

30 High power applications
各种方法和相对应用的区分 外部同步功能 300k～1MHz 2MHz以上 250kHz以下 相对应用 Car AV ECU、Meter Panel A part of Car AV Idling Stop High power applications 方法选用的理由 为掌握AM接受信号频率而选择最佳SW.频率。 若用2MHz以上频率，很可能效率会下降而引起发热。 想得到最大最小Duty。 和音响有不同的安装空间，无法知道AM的状况。 使用的是比AM频带高的频率，可解决噪声问题。 想避开CISPR的6MHz频率。 使用的是比AM频带低的频率，可解决噪声问题。 大功率电路为避免效率下降，选用低频带。 L,C等部件尺寸 一般 小 转换效率 好 可能降低 对FM广播的干扰 （中国FM广播范围：88~108MHz) 没有 因为接近于FM频率， 有干扰可能。 Car AV可使用外部同步 来解决。 因为低频，很难干扰 相应产品 降圧：　NJW4128 　　　　　NJW4154 　　　　　NJW4155 升压：　NJW4132 降圧：　NJW4170 　　　　　NJW4171 　　　　　NJW4172 降圧：　NJW4160 升压：　NJW4140 升压2-Phase：NJW4141

31 NJW4170 内置600mA, 1A MOS FET的降压型开关稳压器
2018/9/21 NJW4170 内置600mA, 1A MOS FET的降压型开关稳压器 ■ 性能 ▪ 振荡频率 : 2.4MHz typ. ▪ 最小ON Time : 80ns typ. ▪ 电流模式控制 ▪ 能与外部时钟同步 ▪ 宽压范围 : 4.5V to 40V ▪ 开关电流 : 1.4A* min. (TBD) ▪ PWM控制方式 ▪ 待机功能 ▪ 内置相位补偿电路 ▪ 能对应陶瓷电容器 ▪ 软启动功能 : 4ms typ. ▪ 低压故障保护电路 ▪ 过电流保护功能 ( Hiccup方式 ) ▪ 过热保护功能 ■ 封装图 把振荡频率设为2.4MHz，可避开干扰AM广播频带。 最适合12V→5V的应用。 ■　应用 输出易于使用 陶瓷电容器 1A输出 NJW4170 NJW4170U2 ( SOT-89-5 ) NJW4170KV1 ( DFN8-V1 ) 内置相位补偿电路 高速SW驱动使L小型化 31

32 新日本无线开关稳压器系列产品(降圧) NJW4170 (UD) Io=1A, SOT89, ESON8
Dotted Line : Under Development Current Mode Voltage Mode NJW4170 (UD) Io=1A, SOT89, ESON8 fosc=2.4MHz, Ext. sync. High Freq. 2MHz over NJW4155 (UD)/ NJW4128/ NJW4154 Io=1.5A/ 2.5A/ 3A HSOP8, TO252 fosc=300kHz/450kHz, Ext. sync. Ext. sync. w/Power Good NJW4158 Io=8A, TO220-4pin fosc=150kHz NJW1933 Io=600mA, SOT23 fosc=500kHz NJW4153 Io=1A, SOT89, DFN8 fosc=1MHz Built-in phase compensation circuit, Fast transient Ready for iPad NJW4150 Io=300mA, TVSP8 fosc=1MHz NJW4152-B Io=600mA, MSOP8 fosc=300k ~ 1MHz NJW4152-A Io=1A, HSOP8 fosc=300k ~ 1MHz NJW4119 (UD) Io=2.1A Vo correction HTSSOP24 External MOSFET drive NJW4160 1ch MOSFET Drive (5V) VSP8, DMP8, fosc=50k ~ 1MHz Output Current 500mA 1A 3A 8A

33 新日本无线开关稳压器系列产品(升压) NJW4132 40V/1.75A, SOT89
Current Mode Voltage Mode NJW4132 40V/1.75A, SOT89 fosc=300k/700kHz Ext. sync. Vin=4～40V Built-in phase compensation circuit, Fast transient, Ext. sync. NJW4130 40V/450mA, TVSP8 fosc=700kHz NJW4131-B 40V/1A, VSP8 fosc=300k ~ 1MHz NJW4131-A 40V/1.4A, HSOP8 fosc=300k ~ 1MHz Vin=2.3 ~ 5.5V Vin=4 ~ 35V Vin=4 ~ 35V NJU7678 60V/3A, EQFN24 fosc=300k ~ 1MHz Vin=2.5 ~ 7V External MOSFET drive Fly-back NJW4140 1ch MOSFET Drive (5V) VSP8, DMP8, fosc=40k ~ 1MHz Vin=3 ~ 40V Peak Current 500mA 1A 3A * Peak current which flows into MOSFET

34 新日本无线电源相关系列产品 ■ Liner Power Supply Series Regulator
Switching Regulator Shunt Regulator Voltage Detector / RESET IC Charge Pump IC Switching Driver LED Driver ■ Digital Power Supply ■ Power Device SiC Diode Super Junction MOS FET

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