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一路3.3V,給MCU或者其它對紋波敏感的芯片,電流不大(200mA以內)
一路低電壓,比如1.2V、1.8V或者2.5V,給核心、DDR或者IO,電流可能大一些(幾百mA),對效率有要求。

有沒有一顆芯片,能把DCDC的效率、LDO的紋波、小封裝的面積全占了?
最近扒了扒沁恒家的小芯片,CH2003就是干這個的。人家直接把DCDC和LDO揉進了一顆SOT23-6里,還集成了過流、過溫保護,外圍只需要幾個電容和一個電感,PCB占用面積大大減少。

說白了,原來兩顆芯片干的活,現在一顆包圓了。
01
沁恒CH2003的思路很簡單:你不是既要又要嗎?那我直接內部集成了唄。
供電電壓從VIN5引腳進來,芯片內部集成了一個5V轉3.3V的LDO,和一個同步降壓DCDC。

CH2003K是可調版本,通過FB腳外接兩個電阻,輸出電壓最低能到0.6V。CH2003V和CH2003W是固定版本,內置了分壓電阻,輸出分別是1.23V和1.13V。
這顆芯片內阻小、效率高,還自帶過流、過溫保護。適合給MCU、SoC供電,尤其是USB2.0、USB3.0和Type-C這類系統。

如下是CH2003K參考電路,DCDC輸出電壓可調。同步 BUCK,節省外部肖特基二極管。外圍僅需一個電感、輸入輸出電容和分壓電阻。相比原來兩顆芯片,再加兩顆芯片本體和各自的外圍走線空間,省下來的面積,保守估計30%以上。 Layout工程師看了直呼內行。

如下是CH2003V參考電路,DCDC輸出電壓固定為1.23V。相比以上電路,外圍更精簡。

如下是CH2003W參考電路,DCDC輸出電壓固定為1.13V。

實事求是地說,CH2003不是什么神器。它就是一個高度集成的、針對特定場景優化的小電源芯片。可自動切換 PWM 和 PFM 模式,PFM 模式可在輕載時提高效率。咱們直接看轉換效率曲線。
當輸入 VIN5 = 4V 或 5V,輸出 VOUT = 3.3V 時,效率在93%以上。

當輸入 VIN5 = 3.3V 或 5V,輸出 VOUT = 1.23V 時,效率在87%以上。

當輸入 VIN5 = 3.3V 或 5V,輸出 VOUT = 1.13V 時,效率在88%以上。

芯片本身是給5V供電輸入小系統用的,輸出電流幾百毫安是常態。在這個范圍內,CH2003的效率完全能接受。而且那路LDO的效率其實取決于負載電流,本身不參與DCDC的變換損耗。
這款芯片主打的是兼具電源效率,低紋波和小體積的賽道。在這個領域里,別人需要兩顆芯片才能完成的工作,它只用一顆SOT23-6封裝的芯片就全部搞定了。
當然,缺點也得說:如果耐壓能再高一點,比如到12V,輸出電流能再大一點,比如DCDC到1.5A或者3A以上,覆蓋的場景會更多。不過真做成那樣,封裝和成本也得跟著漲,那就是另一款產品了。
02
CH213內部集成了過流保護、短路保護、過溫保護、電源極性保護這些功能。額定5V、0.5A,支持5V電壓下不超過1A的直流應用。輸出端過流時能限流,輸入電源接反了也能保護后面的負載電路,有些理想二極管接反了會燒壞。

你可以把它理解為:肖特基二極管加上自恢復保險絲,但導通壓降比肖特基低得多,過流保護也比保險絲快得多。
沁恒CH213就是專門干這活的。它把防倒灌、限流、防反接三件事打包進了一顆芯片里,包括SOT23-3、SOT23-6、DFN6等封裝。

這里重點聊聊防倒灌。我之前也寫過類似文章。有些設備會有兩路電源輸入,其中一路不能影響另一路,這時候防倒灌就很關鍵。以前遇到這種情況,要么串肖特基,壓降大、發熱厲害;要么用MOS管搭理想二極管電路,效果好但元件多、占面積。

芯片內部是一個低導通電阻的MOS管,典型160mΩ。VIN高于VOUT時管子打開,電流通過;VIN低于VOUT時管子關斷,防止倒灌。壓降極小。5V、200mA時典型壓降只有32mV,對比肖特基的300mV,差了將近10倍。電池供電設備里,這就是實打實省下來的續航。
自帶限流保護。輸出超過1.3A時自動限制,短路時限制在250mA左右。響應速度微秒級,比PTC自恢復保險絲的毫秒級快了一個數量級。后級真短路了,它先扛住,給主控爭取反應時間。
還能防反接。電源正負極接反了,它自動關斷。以前你要防反接,要么串二極管有壓降,要么用MOS管搭電路嫌麻煩,CH213一顆搞定。
這里有兩個典型場景:
一是USB HUB或開發板的VBUS防倒灌,二是電池供電設備的電源路徑選擇。另外,任何需要防反接且希望壓降小的5V或3.3V系統,也都能用。跟肖特基加保險絲比一下:5V、500mA下,CH213壓降80mV,肖特基加保險絲要400mV,功耗差多少,拿歐姆定律一算就明白。
CH213 聊完了,下面順帶說幾句他家的另外兩款小芯片。
03
CH2024:28V輸入的同步降壓DCDC。這是給24V工業總線、PD電源或者電池組用的,輸入耐壓高,不是5V小系統玩的。如果你的板子輸入是24V,要轉個5V或者3.3V,可以考慮它。COT架構動態響應好,提供DFN封裝,有助提升散熱效果。
CH217:USB限流配電開關。USB口對外供電時,怕后級短路拉死前級,就在VBUS路徑上串一顆CH217。它能限流,還能控制通斷,相當于一個帶保護的電子開關。
有時候硬件設計的快樂,不在于用多貴的芯片、堆多復雜的電路,而在于用一顆恰到好處的小芯片,把一個應用場景的痛點解決。