宽VIN 解决输入电压瞬态过压保护的优势

在设计电源时，设计人员面临的挑战之一是如何处理瞬态电压。保护电路不受高于集成电路(IC)额定输入电压（VIN）的电压峰值破坏非常重要。在处理瞬态电压时，设计人员可以选择在系统前端使用输入电压范围较宽的DC/DC转换器保护所有瞬态电压，或者使用输入电压较低的DC/DC转换器再加上钳位电路来提供瞬态电压保护。

乍一看，选择第一种解决方案，额定输入电压为36V或60V、VIN范围较宽的DC/DC转换器会更贵，因为1ku的价格比额定输入电压更低的转换器要高。但是，低输入电压转换器瞬态电压保护所需的电压钳位电路会增加10至12个外部元件，会增加材料清单（BOM）数和成本以及解决方案的尺寸。本文将对比SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 VIN、3A降压转换器解决方案与17 VIN、3A转换器加吸收浪涌电压的钳位电路解决方案的尺寸和成本。

图1中的电路图为一种解决方案的例子，用于在集成电路的额定电压低于最高输入电压峰值时钳位输入电压。这一解决方案使用LMV431并联稳压器和PNP晶体管作为控制电路。该P通道场效应晶体管（PFET）在VIN发生浪涌时会携带通过电流和增大的电压降，增大功耗，保护DC/DC转换器。可以在应用注释《汽车负载突降中的过压保护电路》中找到关于此技术的更多细节。

如图1所示，该输入钳位控制电路和PFET为解决方案增加了13个外部元件。如图2所示，根据1000数量的网上公布价格，这13个外部元件增加的成本为1.19美元。采用1000数量的价格0.96美元和电感、电容与电阻等外部元件的成本，17VIN 3A转换器解决方案的成本约为1.62美元。这样一来，使用17VIN降压转换器加上钳位电路的总成本约为1.62+1.19=2.81美元。另外，控制电路与PFET将低VIN解决方案的尺寸增加了约210 mm2。17VIN, 3A转换器约为100 mm2，整个解决方案的尺寸为100+250=350 mm2。

图2：控制电路成本明细

另一个选择是使用像SIMPLE SWITCHER® LM43603 36 VIN、3A 同步降压转换器这样输入电压范围较大的DC/DC转换器覆盖最大VIN峰值。采用LM43603等宽VIN器件的情况下，设计人员无需使用钳位电路，可以节省时间、成本和主板空间。根据公布的1000单位的价格1.85美元和电感、电阻与电容等外部元件的成本，LM43603解决方案的总成本约为2.51美元。这意味着使用宽VIN LM43063可以节省0.3美元，或约12%：2.51美元VS 2.81美元。解决方案的尺寸是另一项优势。Lm43603解决方案的总体尺寸约为250解决方案的总体尺寸约为250 mm2，比前一种解决方案小24%或60mm2。

LM43603等宽VIN解决方案的另一优势是可靠性高。正如我在此前的文章中提到的, 增加外部元件会增大系统的风险。最可靠的解决方案是采用外部元件最少的最简单的解决方案，因为这样降低了元件发生故障的风险。尤其是在一些汽车和工业应用中，增加可靠性非常重要。另外，设计其它钳位控制电路会为设计周期增加很大的工作量。使用控制电路和PFET意味着必须再选择12个外部元件，进行更多的测试和模拟，保证元件正常工作。可以通过宽VIN范围的稳压器实现更低的系统成本和更高的可靠性，为什么还要如此大费周章呢？

当然，由于厂商和供应商的数量和合同以及设计布局的不同，价格和解决方案尺寸可能有较大差异。采用宽VIN解决方案节省的尺寸和成本百分比也会随之变化。但是，我希望本文的分析展示了，尽管1000单位的预付价格更高，LM43603等宽VIN解决方案在处理输入电压瞬态过压问题时，能够节省解决方案成本、主板空间和设计时间。