MP1482 降壓電路【精制材料】

1、The Future of Analog Technology ,MP1482設(shè)計(jì)指南,1,實(shí)操應(yīng)用,目錄,1.特 性以及原理 介 紹,2.測(cè) 試 數(shù) 據(jù),3.應(yīng)用設(shè)計(jì)指南,4.LAYOUT 以及熱計(jì)算,5.常見問題以及解決方案,2,實(shí)操應(yīng)用,基本特性,基本特性 2A輸出電流，3.4A最大限流點(diǎn) 輸入電壓范圍: 4.75-18V 最高效率93% 340KHZ開關(guān)頻率 同步整流,保護(hù)及其他功能 軟啟動(dòng) 逐周過流保護(hù),短路保護(hù) 過熱保護(hù) SO8封裝,3,實(shí)操應(yīng)用,原理框圖,4,實(shí)操應(yīng)用,原理概述,MP1482是一款內(nèi)置兩顆MOS管的同步整流降壓DC-DC,并且屬于電流型的控制方式.基本思路是:反饋

2、電壓跟參考電壓比較后得到COMP端電壓,COMP端電壓決定了上管峰值電流以及占空比,而占空比變化控制輸出電壓變化,從而達(dá)到負(fù)反饋控制目的.,5,實(shí)操應(yīng)用,啟動(dòng)原理,啟動(dòng)時(shí)候由于反饋電壓剛開始會(huì)低于0.3v,所以系統(tǒng)進(jìn)入100KHZ工作模式.而應(yīng)用軟啟動(dòng)時(shí)候,內(nèi)部的電流源給軟啟動(dòng)電容充電,當(dāng)SS腳電壓到0.923v時(shí),軟啟動(dòng)結(jié)束,6,實(shí)操應(yīng)用,過流保護(hù)和短路保護(hù),MP1482在每個(gè)周期都對(duì)上下管電流進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)輸出對(duì)地短路時(shí)，上管限流電阻所采樣的電壓達(dá)到所設(shè)定的限流點(diǎn)(典型值3.4A),芯片工作頻率變成100khz,并且COMP PIN被鉗位,芯片以最小占空比模式運(yùn)行.,7,實(shí)操應(yīng)用,測(cè) 試 數(shù)

3、 據(jù),8,實(shí)操應(yīng)用,效率測(cè)試,測(cè)試條件: 3.3v輸出,在不同的輸入電壓條件下,9,實(shí)操應(yīng)用,啟動(dòng)波形,CH1: Vo CH2: Vsw CH3: Ven CH4: I_inductor Vin=12V, Vo=3.3V, Io=2A,10,實(shí)操應(yīng)用,關(guān)斷波形,CH1: Vo CH2: Vsw CH3: Ven CH4: I_inductor Vin=12V, Vo=3.3V, Io=2A,11,實(shí)操應(yīng)用,動(dòng)態(tài)響應(yīng),測(cè)試條件: Vin=12V, Vo=3.3V, Io=12A, 斜率1.6A/us,電壓動(dòng)態(tài)變化峰峰值為182mV。,12,實(shí)操應(yīng)用,短路保護(hù),Vo,Vsw,IL,測(cè)試條件: Vi

4、n=12V, Vo=3.3V, Io=0A,短路時(shí)進(jìn)入降頻模式,以最小占空比導(dǎo)通。,CH1: Vo CH2: Vsw CH4: Iinductor,13,實(shí)操應(yīng)用,短路恢復(fù),測(cè)試條件: Vin=12V, Vo=3.3V, Io=0A,備注:加上前饋電容可以減少輸出過沖,CH1: Vo CH2: Vsw CH4: Iinductor,14,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用 設(shè) 計(jì)指南,15,實(shí)操應(yīng)用,應(yīng)用電路,16,實(shí)操應(yīng)用,輸出電壓設(shè)定,根據(jù)輸出電壓公式Vo=0.92v*(1+R1/R2)可以得到輸出電壓值 反饋電阻精度要高 最低電壓可以低到0.92v,故適合1v或者1.2v的核心電壓供電,17,實(shí)操應(yīng)用,電流

5、計(jì)算,當(dāng)電感的平均電流等于輸出電流 電感紋波電流 輸出電容紋波電流等于電感紋波電流 電感峰值電流為Iout+IL/2,18,實(shí)操應(yīng)用,電感選擇,感量選擇 感量根據(jù)紋波電流來計(jì)算, = 20% 30%,飽和電流 電感峰值電流 飽和電流通常為電感峰值電流的1.25-1.5倍。,磁心材料 MP2107的開關(guān)頻率為1.5MHz，因此可選用鐵氧體磁心材料。,19,實(shí)操應(yīng)用,輸出電容選擇(1),輸出紋波V為VcOUT, VESR, VESL的矢量和。,20,實(shí)操應(yīng)用,輸出電容選擇(2),A. 如果用電解電容，有很大的容量(500kHz)，輸出電壓紋波主要由ESR引起。要降低紋波，主要是要減小ESR。,當(dāng)E

6、SR選定后，容量就可以確定：,B. 如果用陶瓷電容，ESR很低，輸出電壓紋波主要由COUT引起。,ESR和容量選擇,21,實(shí)操應(yīng)用,輸出電容選擇(3),RMS電流 Cout能承受的RMS電流為：,耐壓選擇 對(duì)于電解電容和陶瓷電容，耐壓應(yīng)為1.5倍輸出電壓；對(duì)于鉭電容，耐壓應(yīng)為2倍輸出電壓,22,實(shí)操應(yīng)用,輸入電容選擇,對(duì)于MP1482而言，建議使用X5R或X7R陶瓷電容作為輸入電容。如果用電解電容,必須并上104或者105的瓷片電容 容值選取 輸入電容在開關(guān)頻率點(diǎn)的阻抗應(yīng)該遠(yuǎn)小于電源阻抗，以減少開關(guān)對(duì)電源的干擾。對(duì)于MP1482，容值建議選10uF以上。而使用電解電容,推薦容值220uF以上,

7、23,實(shí)操應(yīng)用,補(bǔ)償電路參數(shù)選擇,R3的大小跟帶寬成正比,而帶寬一般選擇在開關(guān)頻率的十分之一或者更小;而帶寬太大則會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性,表現(xiàn)在開關(guān)波形不穩(wěn)等;而太小則動(dòng)態(tài)特性變差,過充變大 而當(dāng)R3確定后,需確定C3的值,R3,C3共同決定了系統(tǒng)的相位裕量. 而C6是為了消除高ESR電容對(duì)系統(tǒng)帶來的影響,特別是高頻部分的影響.當(dāng)輸出電容的ESR相對(duì)較大時(shí),可以加上C6消除其影響 R3,C3以及C6的計(jì)算公式在規(guī)格書第八頁(yè)有詳細(xì)介紹 特別需要注意的是當(dāng)占空比很小的時(shí)候,比如輸出1v或者1.2v時(shí)候,推薦把C3加大到10nf使得系統(tǒng)更穩(wěn)定,24,實(shí)操應(yīng)用,LAYOUT 以及熱計(jì)算,基本原則:高dv

8、/dt的線要短,粗;高di/dt的面積要小;地平面要大,25,實(shí)操應(yīng)用,LAYOUT指南,SW腳出來的線要短,粗,即電感要靠近3腳,BST電容要靠近1,3腳 輸入電容要靠近2腳 輸入電容,芯片地形成的環(huán)路要小,并且和電感,輸出電容形成的環(huán)路也要小.簡(jiǎn)單來講就是輸入地,芯片地以及輸出地要盡量靠近 反饋電阻要靠近Fb腳,并且遠(yuǎn)離SW信號(hào),否則容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定.并且取樣需要從輸出電容取,26,實(shí)操應(yīng)用,功率損失計(jì)算,對(duì)于同步降壓芯片來說，功率損耗包括上管導(dǎo)通損耗PD_UP_CON，上管開關(guān)損耗PD_UP_SW，下管導(dǎo)通損耗PD_DW_CON，下管開關(guān)損耗PD_DW_SW, 電感導(dǎo)通損耗PD_L_C

9、ON, 電感鐵損耗PD_L_CORE。 PD_UP_CON=Io2*Rdson*D, 其中D為占空比, Rdson為上MOS導(dǎo)通阻抗 PD_UP_SW=1/4*Fs*Vin*Iout*(Ton+Toff), 其中Ton和Toff分別為上MOS開通和關(guān)斷邊沿時(shí)間. PD_DW_CON=Io2*Rdson_syn*(1-D), 其中Rdson_syn為同步MOS導(dǎo)通阻抗 PD_DW_SW=1/4*Fs*Vin*Iout*(Ton_syn+Toff_syn) , 其中Ton_syn和Toff_syn分別為同步MOS開通和關(guān)斷邊沿時(shí)間. PD_L_CON=Io2*Rldc, Rldc為電感直流阻抗 P

10、D_L_CORE=WperV*Vol,27,實(shí)操應(yīng)用,溫升計(jì)算,Tj=Ta+PD*Tja Tj為節(jié)點(diǎn)溫度，Ta為環(huán)境溫度，PD為在該器件上的功耗，Tja為熱阻,芯片溫升計(jì)算,28,實(shí)操應(yīng)用,常見問題以及解決方案,29,實(shí)操應(yīng)用,無電壓輸出,DC/DC無輸出,檢查EN和 Vin電壓是否正常？,(輸入電壓應(yīng)該在4.75V到18V之間，EN應(yīng)該在1.6V到6V之間),輸出是否短路？,(如果短路可以從SW檢測(cè)到100khz頻率的波形),聯(lián)系 MPS,(在SW端未檢測(cè)到正常的方波脈沖),Y,N,如果MP1482沒有輸出，按下述流程進(jìn)行檢查。,30,實(shí)操應(yīng)用,輸出不穩(wěn)定,1 Layout 引起的SW腳波形

11、不正常,可以調(diào)整元器件位置,比如輸入電容的位置,BST電容,電感或者輸出電容位置,以及反饋網(wǎng)絡(luò)的位置,使其符合Layout指南里所提到的注意事項(xiàng) 2 BST電容值是否正確 3 電感是否飽和 4 使用電解電容時(shí)候是否并上磁片電容 4 補(bǔ)償參數(shù)是否正確,31,實(shí)操應(yīng)用,低電壓輸出軟啟動(dòng)問題,1,如果不需要軟啟動(dòng)功能,可以去掉軟啟動(dòng)電容 2,加大輸出電容或者減小電感量會(huì)有幫助 3,推薦更改補(bǔ)償參數(shù),把電容從3.3nf加大到10nf,根本原因是低占空比時(shí)相位裕量不夠引起啟動(dòng)不穩(wěn)定,故加大補(bǔ)償電容增加相位裕量,32,實(shí)操應(yīng)用,跟MP1410系列兼容問題,1,由于MP1482跟1410系列反饋電壓不一樣,

12、所以取替換1410系列時(shí)候必須注意更改反饋電阻值 2,注意EN腳電路,1410系列EN懸空可以自己?jiǎn)?dòng),1482必須上拉才可以,33,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: 為什么輸出電壓和設(shè)定的電壓不一樣？,1. R1, R2是否為1%的容差范圍； 2. 檢查R1和R2是否有開路或短路的狀況 3. 檢查輸出是否短路了； 4. 環(huán)路不穩(wěn)定引起反饋電壓不正常,34,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: SW正常波形是怎樣的？,A: 正常的波形應(yīng)如右圖所示，是一個(gè)穩(wěn)定的PWM波形。當(dāng)負(fù)載在持續(xù)動(dòng)態(tài)變化時(shí)，PWM邊沿產(chǎn)生抖動(dòng)也是正常的。,35,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: 紋波在什么范圍內(nèi)合理？如何降低紋波?,A: 紋波計(jì)算可以參考輸

13、出電容選擇(2)。 對(duì)于穩(wěn)態(tài)負(fù)載： 輸出電容用陶瓷電容，紋波如右上圖所示。如果測(cè)得輸出紋波如右下圖所示，則跟測(cè)量手段有關(guān)系，請(qǐng)采用接地環(huán)測(cè)試。 對(duì)于動(dòng)態(tài)負(fù)載： 紋波如動(dòng)態(tài)響應(yīng)所示 要降低紋波，首先要確認(rèn)芯片是否工作在正常狀態(tài)（開關(guān)是否穩(wěn)定，layout是否引起紋波異常）。如果工作正常，降低穩(wěn)態(tài)紋波可以通過增大電感和電容量實(shí)現(xiàn)，降低動(dòng)態(tài)紋波，需要調(diào)整環(huán)路參數(shù)。,36,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: 什么是接地環(huán)？為什么要用接地環(huán)？,A: 如右所示示波器探頭的前端，塑料套管里就是接地環(huán)。 在做接地環(huán)測(cè)試時(shí)，將塑料套管和接地夾拿掉，可用錫絲做一個(gè)地線套套在接地環(huán)上，地線套直接連在被測(cè)對(duì)象的地上，探頭接觸被測(cè)

14、對(duì)象。 用接地環(huán)的主要目的是減小測(cè)量環(huán)路面積，降低探頭對(duì)地阻抗以減小空間輻射在測(cè)量環(huán)路產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，而使測(cè)量更為準(zhǔn)確。,塑料管套,接地環(huán),37,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: 如何改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)？,A: 因?yàn)镸P2107補(bǔ)償內(nèi)置，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)能夠調(diào)整的只有反饋電阻及電感。參考反饋電阻設(shè)計(jì)，減小R1可以提高帶寬，降低動(dòng)態(tài)紋波，另外電感的減小也會(huì)加快環(huán)路響應(yīng)速度。調(diào)整時(shí)需保證穩(wěn)定性,38,實(shí)操應(yīng)用,Q&A,Q: 如何降低芯片溫度？,A: 溫度高除了跟芯片本身和負(fù)載有關(guān)外，還可以跟以下幾個(gè)方面有關(guān) 1 在芯片的SW到GND之間加一個(gè)0.5A（如B0540)的肖特基二極管，可以減小MOS死區(qū)時(shí)間的損耗。 2 確定電感的選擇是否合適，不當(dāng)?shù)母辛?，飽和電流過低，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱過大 3 BST電容是否有問題,劣質(zhì)BST電容容易引起內(nèi)部MOS驅(qū)動(dòng)問題