低成本 DC/DC IC UM3433 的性能特点及其在数码相机方案的应用
2010-12-20 11:35:38
来源：《半导体器件应用》2008年11月刊
1 序言
随着消费类电子产品的迅速发展，产品的机构越来越精巧，PCB 也相应越做越小，所以对散热的要求也越来越高。消费类电子产品为了节省成本，电源模块会尽量选用LDO，但LDO 电源供电效率低，发热量大，导致电池寿命大大缩短。因此，越来越多的消费类产品偏向于选择开关电源，因为开关电源效率高，发热量小，输出电压稳定，纹波小。加上开关电源随着工艺的改进成本越来越低，所以在消费类电子产品上越来越得到广泛的应用。
在数码相机的设计方案当中，传统的DC/DC 开关电源IC 应用电路的外围元件较多，包括MOSFET 管和肖特基二极管都为外置。这样既增加成本，又增大了PCB 设计的面积。开关外置，更加容易让RF 信号产生空间辐射或者传导辐射而影响到整个电路的EMI，使产品的电磁干扰大大增加。英联公司最新推出的UM3433 将外围肖特基二极管和MOSFET 管集成于IC 内部，对于稳定输出电压更加将外围分压电阻也集成在内，这样外围元件就只需一个电感，两个电容。成本低，性能好，输出稳定，纹波少，节省PCB 空间.越来越受到数码产品工程师的青睐。
2 UM3433 的性能特点
英联推出的UM3433 是一款高效、同步、升压型DC/DC 转换器，采用600kHz 的固定开关频率，具有0.9V 的低启动电压，1μA 以下的低停机电流，600mA 涌入电流限制和软启动功能。该器件非常适用于使用单节或双节AA 电池供电，能够在输出高精度电压的条件下提供100mA（单节AA 电池）或者250mA（两节AA 电池）电流。
UM3433 的工作效率可高达92%，在轻负载条件下，UM3433 将自动切换至节能的突发工作模式操作。600kHz 的开关频率允许采用纤巧而扁平的电感器和陶瓷电容器，同时内部集成MOSFET 管和肖特基二极管，SOT23-6 的小封装，最大限度的减小了整体解决方案的占板面积。600mA 涌入电流限制，有效的减小了器件启动期间输入电源所承受的浪涌电流。抗振铃控制电路，通过在不连续工作模式中对电感进行阻尼而使得开关电源的EMI 问题得以缓解。UM3433 分两类输出电压：固定输出和可调输出。固定输出有两种：UM3433-3.3和UM3433-3.0，输出分别为固定的3.3V 和3.0V，其典型应用电路如图1所示。可调输出电压范围是2.5V-5V，通过调节外围反馈端的分压电阻实现输出电压调节，其典型应用电路如图2所示，分压电阻R1，R2 与输出电压的关系为：Vout=Vfb×(1+R1/R2)。
2.1 UM3433 的电感选择
UM3433 的开关频率为600kHz，选择电感值为4.7μH 最为适合。当然选择大电感可以增加输出电流极限值和减少电感纹波电流。不过电感值大的电感器体积也会相当大，价格也高，所以UM3433 在600kHz 的开关频率下选用体积比较小的4.7μH 电感就最适合了。输出电流极限值与电感值关系如下：
Iout(max)=A*(Ip-Vin*D/f*L*2)*(1-D)
其中:
A=预计效率；
Ip=电流极限值(0.6A)；
Vin=输入电压；
D=Vout-Vin/Vout；
f=开关频率(600kHz)；
L=电感值
2.2 UM3433 的电容选择
对于UM3433 来说，选择低ESR(equivalent series resistance)的电容可以大大降低输出电压纹波。多层陶瓷电容可以满足这样的要求。在一定范围内，选择越大电容值的输出电容，输出纹波电压值会越理想。一般4.7μF 至15μF 的电容会比较适用。如果选择22μF的电容，输出纹波电压会很低，当然22μF 的电容体积大，不太适合消费类电子产品。
低ESR 的输入电容会减少开关噪声和来自电源的电流峰值。选择陶瓷电容作为去耦电容也可满足此要求。去耦电容应该尽量靠近UM3433 的Vin 输入引脚。去耦电容越大效果越佳，对于UM3433 来说，选用4.7μF 的输入电容，效果已经相当理想。 输出电容选择10μF，纹波电压比较低，为400mV。
2.3 UM3433 特点介绍
图 3 为 UM3433 效率曲线。
① 转换效率高达92%。
② 输出分为稳定输出和可调输出：
3.3V(UM3433-3.3)；
3.0V(UM3433-3.0)；
2.5V-5V(UM3433-ADJ)。
③ 低启动电压：0.9V。
④ 具有浪涌电流限制，软启动功能。图 4 为浪涌电流控制。
⑤ 低静态损耗电流，<1μA。
在无负载的情况下，UM3433 自动关断，处于节电模式。
⑥600kHz的固定开关频率，低噪声，外围采用小电阻。
⑦具有短路保护功能。
⑧内部增加防响铃控制以使EMI辐射达到最小。
⑨低纹波输出
UM3433 的输出纹波相当低，输出为3.3V 时，采用10μF 输出电容，输出纹波40mV；采用1μF输出电容，输出纹波70mV。
图 6 输入 2.4V，输出 3.3V 的纹波图。
⑩小封装，SOT23-6
极少的外围元器件和SOT23-6 的小封装，令采用UM3433 进行电源模块的设计更加简便，更加节省PCB 空间。
3 UM3433 在数码相机方案中的应用
数码相机方案大多采用两节干电池供电，电压约为2V-3V。方案电路的各个IC 供电电压一般都是3.3V，而且LCD 屏模块也需要大约3.3V-3.6V 的供电电压。所以需要用一个DC/DC 升压IC 将电池电压转换为3.3V-3.6V 给LCD 屏模块，主控IC 等供电。因为LCD 模块供电电压大于3.3V，所以DC/DC IC 输出相应的电压之后再由LDO 转换为3.3V给IC 供电。其他模块或IC 需要2.8V、1.8V 的电压，可以由LDO 从DC/DC IC 的输出获得电压输入，再进行转换，每一个LDO 转换一路电压。这样以DC/DC IC 为核心的电源布置可以提高转换效率，减少散热，这一点在消费类电子产品中是极其关键的一环。因为消费类电子产品非常注重散热，散热系统考虑不全面，布置不理想，会带来很多噪声，尤其对于数码相机产品来说，会导致热噪声，影响图像质量。随着数码产品的发展，竞争越来越激烈，消费类电子产品方案对于成本的控制更加注重。所以像数码相机产品当中不可能采用太多的DC/DC IC 进行电压转换。而且现在数码产品质量越来越高，传送数据较大，所以方案中的高速数据传输线越来越多，USB2.0 标准的高速接口也越来越广泛应用。USB2.0 的频率高达480MHz，所以对方案系统中各个IC 本身的EMI 都要求较严格。新型DC/DC IC UM3433 完全可以满足数码产品方案在这三方面的要求：①高转换效率，减少散热；②小体积，外围元件少，低成本；③内部添加去噪声处理电路，低EMI干扰。传统的数码相机方案电源模块如图7所示。
采用UM3433 的数码相机方案电源电路如图8所示。由以上两个方案比较可以看出，采用新型低成本DC/DC IC UM3433 设计的方案比传统开关电源IC 节省一个PMOSFT 管和一个肖特基二极管。这两个器件内置，令电源模块占用PCB 面积更小，更有利于工程设计。尤其PMOSFT 管内置于UM3433，更有效地防止开关引起的RF 信号辐射或传导到其他模块的高速信号，以引起不必要的电磁干扰。这一特点对工程的EMC 也极为有利。
4 总结
随着消费类电子产品的迅速发展，数码产品的视频，音频质量要求越来越高，相应的数据传输速度也越来越快。高频率的传输引起了不少的EMI 问题。所以数码产品设计工程师对于器件的选择也相当谨慎。在选择电源IC 的过程中，工程师会特别注重IC 的EMI干绕和转换效率，因为这两个参数会直接影响产品的各类规范测试。另一方面，数码产品激烈的竞争要求产品本身结构薄而小，所以方案的PCB 也会相应设计得尽可能小。这对于方案器件的选择更会优先考虑其应用电路的体积。外围元件越少，既节省PCB 空间，又节省成本，为数码产品本身提高市场竞争力。上海英联电子根据这些需求，设计出UM3433 这个低成本，高效率，低干扰的新型DC/DC 转换IC ，该IC 使用于一节或两节干电池供电的数码产品，诸如数码相机，学习机，数字相框，MP3，MP4，PMP 等等，备受众多开发工程师的青睐，在各种数码产品中得到了广泛的应用。
随着消费类电子产品的迅速发展，产品的机构越来越精巧，PCB 也相应越做越小，所以对散热的要求也越来越高。消费类电子产品为了节省成本，电源模块会尽量选用LDO，但LDO 电源供电效率低，发热量大，导致电池寿命大大缩短。因此，越来越多的消费类产品偏向于选择开关电源，因为开关电源效率高，发热量小，输出电压稳定，纹波小。加上开关电源随着工艺的改进成本越来越低，所以在消费类电子产品上越来越得到广泛的应用。
在数码相机的设计方案当中，传统的DC/DC 开关电源IC 应用电路的外围元件较多，包括MOSFET 管和肖特基二极管都为外置。这样既增加成本，又增大了PCB 设计的面积。开关外置，更加容易让RF 信号产生空间辐射或者传导辐射而影响到整个电路的EMI，使产品的电磁干扰大大增加。英联公司最新推出的UM3433 将外围肖特基二极管和MOSFET 管集成于IC 内部，对于稳定输出电压更加将外围分压电阻也集成在内，这样外围元件就只需一个电感，两个电容。成本低，性能好，输出稳定，纹波少，节省PCB 空间.越来越受到数码产品工程师的青睐。
2 UM3433 的性能特点
英联推出的UM3433 是一款高效、同步、升压型DC/DC 转换器，采用600kHz 的固定开关频率，具有0.9V 的低启动电压，1μA 以下的低停机电流，600mA 涌入电流限制和软启动功能。该器件非常适用于使用单节或双节AA 电池供电，能够在输出高精度电压的条件下提供100mA（单节AA 电池）或者250mA（两节AA 电池）电流。
UM3433 的工作效率可高达92%，在轻负载条件下，UM3433 将自动切换至节能的突发工作模式操作。600kHz 的开关频率允许采用纤巧而扁平的电感器和陶瓷电容器，同时内部集成MOSFET 管和肖特基二极管，SOT23-6 的小封装，最大限度的减小了整体解决方案的占板面积。600mA 涌入电流限制，有效的减小了器件启动期间输入电源所承受的浪涌电流。抗振铃控制电路，通过在不连续工作模式中对电感进行阻尼而使得开关电源的EMI 问题得以缓解。UM3433 分两类输出电压：固定输出和可调输出。固定输出有两种：UM3433-3.3和UM3433-3.0，输出分别为固定的3.3V 和3.0V，其典型应用电路如图1所示。可调输出电压范围是2.5V-5V，通过调节外围反馈端的分压电阻实现输出电压调节，其典型应用电路如图2所示，分压电阻R1，R2 与输出电压的关系为：Vout=Vfb×(1+R1/R2)。
2.1 UM3433 的电感选择
UM3433 的开关频率为600kHz，选择电感值为4.7μH 最为适合。当然选择大电感可以增加输出电流极限值和减少电感纹波电流。不过电感值大的电感器体积也会相当大，价格也高，所以UM3433 在600kHz 的开关频率下选用体积比较小的4.7μH 电感就最适合了。输出电流极限值与电感值关系如下：
Iout(max)=A*(Ip-Vin*D/f*L*2)*(1-D)
其中:
A=预计效率；
Ip=电流极限值(0.6A)；
Vin=输入电压；
D=Vout-Vin/Vout；
f=开关频率(600kHz)；
L=电感值
2.2 UM3433 的电容选择
对于UM3433 来说，选择低ESR(equivalent series resistance)的电容可以大大降低输出电压纹波。多层陶瓷电容可以满足这样的要求。在一定范围内，选择越大电容值的输出电容，输出纹波电压值会越理想。一般4.7μF 至15μF 的电容会比较适用。如果选择22μF的电容，输出纹波电压会很低，当然22μF 的电容体积大，不太适合消费类电子产品。
低ESR 的输入电容会减少开关噪声和来自电源的电流峰值。选择陶瓷电容作为去耦电容也可满足此要求。去耦电容应该尽量靠近UM3433 的Vin 输入引脚。去耦电容越大效果越佳，对于UM3433 来说，选用4.7μF 的输入电容，效果已经相当理想。 输出电容选择10μF，纹波电压比较低，为400mV。
2.3 UM3433 特点介绍
图 3 为 UM3433 效率曲线。
① 转换效率高达92%。
② 输出分为稳定输出和可调输出：
3.3V(UM3433-3.3)；
3.0V(UM3433-3.0)；
2.5V-5V(UM3433-ADJ)。
③ 低启动电压：0.9V。
④ 具有浪涌电流限制，软启动功能。图 4 为浪涌电流控制。
⑤ 低静态损耗电流，<1μA。
在无负载的情况下，UM3433 自动关断，处于节电模式。
⑥600kHz的固定开关频率，低噪声，外围采用小电阻。
⑦具有短路保护功能。
⑧内部增加防响铃控制以使EMI辐射达到最小。
⑨低纹波输出
UM3433 的输出纹波相当低，输出为3.3V 时，采用10μF 输出电容，输出纹波40mV；采用1μF输出电容，输出纹波70mV。
图 6 输入 2.4V，输出 3.3V 的纹波图。
⑩小封装，SOT23-6
极少的外围元器件和SOT23-6 的小封装，令采用UM3433 进行电源模块的设计更加简便，更加节省PCB 空间。
3 UM3433 在数码相机方案中的应用
数码相机方案大多采用两节干电池供电，电压约为2V-3V。方案电路的各个IC 供电电压一般都是3.3V，而且LCD 屏模块也需要大约3.3V-3.6V 的供电电压。所以需要用一个DC/DC 升压IC 将电池电压转换为3.3V-3.6V 给LCD 屏模块，主控IC 等供电。因为LCD 模块供电电压大于3.3V，所以DC/DC IC 输出相应的电压之后再由LDO 转换为3.3V给IC 供电。其他模块或IC 需要2.8V、1.8V 的电压，可以由LDO 从DC/DC IC 的输出获得电压输入，再进行转换，每一个LDO 转换一路电压。这样以DC/DC IC 为核心的电源布置可以提高转换效率，减少散热，这一点在消费类电子产品中是极其关键的一环。因为消费类电子产品非常注重散热，散热系统考虑不全面，布置不理想，会带来很多噪声，尤其对于数码相机产品来说，会导致热噪声，影响图像质量。随着数码产品的发展，竞争越来越激烈，消费类电子产品方案对于成本的控制更加注重。所以像数码相机产品当中不可能采用太多的DC/DC IC 进行电压转换。而且现在数码产品质量越来越高，传送数据较大，所以方案中的高速数据传输线越来越多，USB2.0 标准的高速接口也越来越广泛应用。USB2.0 的频率高达480MHz，所以对方案系统中各个IC 本身的EMI 都要求较严格。新型DC/DC IC UM3433 完全可以满足数码产品方案在这三方面的要求：①高转换效率，减少散热；②小体积，外围元件少，低成本；③内部添加去噪声处理电路，低EMI干扰。传统的数码相机方案电源模块如图7所示。
采用UM3433 的数码相机方案电源电路如图8所示。由以上两个方案比较可以看出，采用新型低成本DC/DC IC UM3433 设计的方案比传统开关电源IC 节省一个PMOSFT 管和一个肖特基二极管。这两个器件内置，令电源模块占用PCB 面积更小，更有利于工程设计。尤其PMOSFT 管内置于UM3433，更有效地防止开关引起的RF 信号辐射或传导到其他模块的高速信号，以引起不必要的电磁干扰。这一特点对工程的EMC 也极为有利。
4 总结
随着消费类电子产品的迅速发展，数码产品的视频，音频质量要求越来越高，相应的数据传输速度也越来越快。高频率的传输引起了不少的EMI 问题。所以数码产品设计工程师对于器件的选择也相当谨慎。在选择电源IC 的过程中，工程师会特别注重IC 的EMI干绕和转换效率，因为这两个参数会直接影响产品的各类规范测试。另一方面，数码产品激烈的竞争要求产品本身结构薄而小，所以方案的PCB 也会相应设计得尽可能小。这对于方案器件的选择更会优先考虑其应用电路的体积。外围元件越少，既节省PCB 空间，又节省成本，为数码产品本身提高市场竞争力。上海英联电子根据这些需求，设计出UM3433 这个低成本，高效率，低干扰的新型DC/DC 转换IC ，该IC 使用于一节或两节干电池供电的数码产品，诸如数码相机，学习机，数字相框，MP3，MP4，PMP 等等，备受众多开发工程师的青睐，在各种数码产品中得到了广泛的应用。
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