思瑞浦高效率开关电源产品，聚焦通信和工业应用

发布时间：2022-08-15 11:44
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：3542

　　思瑞浦（3PEAK）针对工业与通信市场推出一系列高效率、高性能开关电源转换器产品，和运算放大器、模数转换器等模拟产品形成协同优势，为客户提供一站式解决方案。工业应用常使用交流输入，通过变压器或AC/DC转换器将交流电压转至12V-24V电压轨，再由宽电压DC/DC、LDO转为5V电压轨。低压的DC/DC和LDO将电压转为3.3V、1.2V等各种电源轨。思瑞浦为工业和通信应用开发并不断扩充电源产品，涵盖不同电压等级和电流能力的解决方案。

　　通信应用由交流输入转为-48V电源输入，再由DCDC电源模块转为+48V和12V等电源轨提供给板级电源。48V主要提供给如无线功放、电调天线等需要高功率高压的应用，板级12V则供应基带信号处理等负载，通过负载点电源PoL转换为5V、3.3V和1.2V等不同电源需求。通信电源要求可靠性高，在户外基站会遇到酷暑寒冬，给电源带来了极大挑战。思瑞浦不仅采用高可靠性设计验证方法，而且通过在量产工艺中增加早期老化加速测试方法，大幅度降低早期失效不良率，满足高可靠性应用需求。

思瑞浦高效率开关电源产品，聚焦通信和工业应用

　　宽电压输入范围

　　工业和通信系统由于环境复杂，需要考虑交流输入浪涌以及雷击等特殊情况。当发生浪涌或雷击时，由板外输入的DCDC则需要考虑额外的耐压以保证系统长期运行的可靠性。因此常见的12V电源轨需要30V以上耐压能力，24V电源轨则要40V以上耐压能力，48V电源轨要考虑65V甚至80V~100V的耐压能力，从而满足各种极端恶劣的使用环境需求。

　　优秀且稳定可靠的电源管理芯片，不仅需要承受耐压的能力，同时还需拥有优秀的电源抑制比。在前级电源瞬时波动时，能够保证后级电源稳定输出，从而避免后级负载供电故障，为系统稳定工作保驾护航。

　　高可靠性设计

　　高可靠性设计是芯片高质量的决定性因素。思瑞浦通过加严设计积累的设计经验在成本可控的前提下提高芯片可靠性。思瑞浦建立了业界一流的仿真分析环境，借助有限元仿真分析电流密度、应力、散热等辅助设计以达到可靠性目标。同时，思瑞浦通过高温高负载实验，模拟边界热应力条件，进行电路、封装、测试等工程设计迭代，确保产品长期运行的可靠以及不同批次的稳定工作。

　　高性能：大电流和小型化趋势

　　当前通信基站和服务器大量采用负载点稳压器（Point-of-Load Regulators），系统性能增强要求电流更大，同时小型化、轻量化则要求更高的功率密度。思瑞浦布局大电流工业电源应用，以6A输出电流为首批发布的PoL电源产品，同时覆盖中小电流2A~3A和大电流控制器等应用，更大的电流带来了散热和可靠性的新要求。思瑞浦新一代电源方案通过采用Flip Chip On Lead（FCOL）技术，可以减小由封装打线引入的寄生电阻与电感，提高输出压摆率从而减少损耗，提高效率。同时，极小的寄生阻抗和高压摆率可以实现更短的最小脉宽，可以支持更高开关频率，让电感小型化成为可能，从而实现更小巧的电源方案。

　　高效率电源

　　在工业、通信场景中提高电源效率不但可以节约能源、减少消耗，更重要的是可以减少在电源上损耗的功率。这些损耗会导致芯片结温与环境温度升高，而更高的温度则会影响整个系统的可靠性和长期工作的稳定性。思瑞浦致力于高效率电源管理芯片的创新研发，通过使用更低阻抗的功率管减小导通损耗，和应用高速功率开关技术减小开关损耗，从而进一步提高电源转换效率。

　　思瑞浦最新推出的小型化工业电源TPP363080，可支持36V、3A、TSOT23-6封装，在全负载环境下峰值效率超过96%，提高了电源能效，减少了热功耗，从而提高了系统整体的可靠性。


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　　聚焦高性能模拟与数模混合产品的供应商思瑞浦3PEAK(股票代码：688536)推出全新16位数模转换器(DAC)TPC2221。该产品采用串行输入设计，具备4mA-20mA高精度电流输出、完整环路供电实现低功耗运行，可广泛应用于工业自动化控制、变送器、Hart通信领域。　　二线制变送器是通过两根导线同时传输电源和信号的工业仪表。 二线制变送器输出标准信号为电流信号(如4mA~20mA)，24V供电为主，常用于远距离信号传输、本安防爆等场景。TPC2221以较低的功耗、优良的全温精度、高耐压可靠性、高集成度等优势，高度适配二线制变送器的严苛需求。　　TPC2221产品优势　　高精度电流输出　　二线制变送器的精度决定了信号传输的准确性，直接影响控制系统的可靠性。 输出误差通常要求在±0.1%~±0.5%FS(FS为满量程)，高精度场合(如实验室或精密控制)需≤±0.05%FS。　　环路电压为24V，REFIN=REFOUT1，内部NMOS，内部RSET，RLOAD=250Ω条件下测试，经过两点校准测量，消除偏置误差与增益误差，TPC2221的常温精度表现优异，其精度可达到0.005%FSR。　　在LOOP VOLTAGE=24V，REFIN=REFOUT1，外部NMOS，外部RSET(0.05%。2ppm/℃)，RLOAD=250Ω条件下测试，TPC2221的常温精度在0.1%以内;全温精度表现优异，-40℃~85℃下， 输出精度即使未校准也可达到0.12%FSR; 校准后可达0.04%FSR。　　超低静态功耗　　二线制变送器在无信号输出时需较低待机功耗，因为4mA为标准信号下限，整机自身功耗一般控制在3.2mA~3.5mA以下。这对电路中每个功能的功耗都提出了很高的要求。TPC2221在16bit高精度DAC正常工作、开启了内部高精度基准和高压LDO的功能下，自身功耗较低。　　环路电压为24V，工作温度为-40℃~125℃，内部基准开启，同时能够提供3.355mA电流给其它设备供电的条件下，静态电流最大仅为145μA。　　支持多档位线性稳压器输出　　TPC2221内部集成高压线性稳压器，最大输出电流能力7mA，能为智能变送器内的外设元件提供所需的低压电源，可有效节约系统功耗预算，有助于开发高性能、功能丰富的智能变送器。 并且减少了元件总数，有助于缩小二线制变送器的体积，提高系统可靠性。　　通过配置引脚REG_SEL0，REG_SEL1，REG_SEL2可配置多个档位的电压输出(1.8V，2.5V，3.0V，3.3V，5V，9V，12V，20V(可选))： 最高支持输出20V。　　TPC2221可以支持客户在稳压器后级加DC-DC，为变送器内的外设元件供电，即有效节约系统功耗预算，满足二线制变送器整体低功耗设计要求，也有助于在本安防爆场景中满足本质安全标准。 客户在稳压器后级使用DC-DC 场景带来有两个好处：1.降低DC-DC和外围电容的耐压等级;2.降低系统总电流，以放宽对前端传感器、处理器等电路的功耗限制。　　环路电流长线建立(无过冲)　　在环路变送器应用中，需要考虑线缆长度，线缆越长，等效电感越大，在电流建立过程中，会出现过冲现象。下图为TPC2221环路中串接47mH的电感，CIN=168nF条件下的环路电流建立，无过冲。出色的带载能力和阶跃响应，能带大电感的同时，也能保证响应平滑稳定。　　温升性能出色　　环路电压为24V，Loop Current=24mA，此时芯片功耗为0.5033W，TPC2221的温度为46.3℃(TA=25℃)。使用外部NMOS，此时芯片功耗降低为0.2748W，芯片温度38.5℃(TA=25℃)，温升还能在原来基础上降低8℃，为客户减少散热成本。　　TPC2221产品特性　　•内置高精度16bitDAC及电流输出环路，引脚可选NAMUR兼容多种输出范围：　　– 4mA至20mA　　– 3.8mA至21mA　　– 3.2mA至24mA　　•免校准输出误差(Typ.)：　　常温为0.1%FSR以内，全温为0.17%FSR以内 (内部基准，外部RSET，-40℃~125℃)　　•低静态电流：150μA(最大值)　　•片内基准电压温度系数：　　4ppm/°C(典型值)，可以达到分立高精度基准的水平　　•可选稳压器输出(最高可到20V)，支持高耐压环路电压范围：5.5V至60V，大幅提升系统可靠性　　•支持HART通信，温度监测与环路电压监测　　•工作温度范围：−40°C至125°C ，TSSOP-28封装与QFN-32封装(Development)，小封装集成化设计　　TPC2221典型应用　　TPC2221典型应用原理图如下：
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