MP1482_MP1484模块电路设计_V1.0

1MP1482_MP1484模块电路设计目录一、降压变换器（Buck）的工作原理...................................................................................2二、MP1482/MP1484基本特性.............................................................................................5三、MP1482/MP1484引脚描述.............................................................................................6四、MP1482/MP1484内部结构.............................................................................................7五、MP1482/MP1484电路设计.............................................................................................8六、外围器件选型...................................................................................................................9七、MP1482/MP1484效率与输出电流曲线图...................................................................13八、PCBLayout注意事项......................................................................................................14九、MP1482的测试数据......................................................................................................15十、常用DC-DC芯片及替代料参考....................................................................................192一、降压变换器（Buck）的工作原理1.降压变换器可分为非同步和同步两种非同步Buck电路同步Buck电路2.主要元器件包括：开关管SW、续流二极管D（同步的用开关管替代）、储能电感L、滤波电容C和负载电阻RL。3.工作过程分析（以非同步电路为例，同步原理相似）当SW导通时，电流经SW、L到负载，能量同时储存在电感中，并同时给电容C充电，输出平均直流电压Vo；当SW断开时，没有能量输入，输出到负载的能量来自电感，电感L电流方向不变，IL是下降的。感应电压使D上负下正导通续流，电容平滑输出电压；34.三种工作模式根据电感电流在周期内的状态，BUCK变换器可分为电感电流连续模式（CCM模式）、电感电流断续模式（DCM模式）和临界模式三种。电感电流连续是指输出电感L中的电流总是大于零，即不出现电流中断；电感电流断续是指在开关管关断器件有一段时间L中的电流为零；在这两种模式之间有一个边界，称为电感电流临界连续状态，即在开关管关断末期，电感L中的电流刚好降到零。1）连续模式2）断续模式3）临界模式5.电感电流连续模式下各状态波形示意图一般使变换器工作在电感电流连续模式，连续模式电压纹波相对较小。46.两个基本的计算公式（电感电流连续模式）一般取输出电流的10%～30%7.同步降压变换器开关变换器中功率消耗最大的元件是二极管，消耗功率为二极管导通压降与电流的乘积，该功耗降低了总体效率。为最大限度地提高效率，可以用一个开关替代二极管，即所谓的“同步整流结构”下面是MPS公司提供的一组同步和非同步降压变换器的功率损耗对比以5V转1.2V/1A为例假设：同步整流IC的MOSFET内阻为130mohm,开关时间为5uS;非同步整流IC的上MOSFET内阻为130mohm,开关时间同为5uS,肖特基压降0.5V.5同步芯片（效率=84.2%）非同步芯片（效率=70.3%）从饼图中明显可以看到非同步芯片在肖特基二极管的损耗很大，效率也因此远低于同步整流芯片。通常在大压差的应用条件下，同步整流芯片从节能和发热的角度来看，要优于非同步整流芯片。二、MP1482/MP1484基本特性1.MP1482/MP1484是一款同步降压DC-DC电源转换芯片2.输入电压范围：4.75V～18V3.输出电压范围：0.923V～15V4.最大输出电流：MP1482---2A，MP1484---3A5.开关频率：340KHz6.MOSFET导通阻抗低至0.13Ohm7.软启动时间可调8.效率高达93%9.每周期电流限制，过热关断保护10.封装：SOIC8/SOIC8EPowerLossDistribution13%27%2%42%2%14%0%0%HighSideSwitchConductionLossHighSideSwitchSwitchingLossLowSideSwitchConductionLossLowSideSwitchSwitchingLossLossCausedbySchottkyCapacitanceSchottkyConductionLossInductorConductionLossInductorCoreLossPowerLossDistribution6%12%0%0%1%6%74%1%HighSideSwitchConductionLossHighSideSwitchSwitchingLossLowSideSwitchConductionLossLowSideSwitchSwitchingLossLossCausedbySchottkyCapacitanceSchottkyConductionLossInductorConductionLossInductorCoreLoss6三、MP1482/MP1484引脚描述PIN序号PIN名称功能描述1BSbootstrap，高边驱动升压输入引脚，外接一个0.01uF或更大的电容从SW脚到此BS引脚，同时可串接一个0～20欧的电阻。电容起电荷泵作用，在高边MOS管导通时，给其提供驱动电源；电阻起防过冲作用，防止输出的方波产生尖峰。2IN电压输入引脚,输入电压范围：4.75V～18V，需就近加一个Bypass电容。3SW开关信号输出引脚，外接LC滤波电路。高边MOS管导通时，12V输入电源经过此高边MOS，与外围的LC网络形成充电回路，低边MOS管导通时，外围的电感产生感应电动势，经过滤波电容，再到此低边MOS管，形成放电回路，最终输出稳定的直流电压。4GND信号参考地5FB电压反馈输入引脚，外接分压电阻，分压电阻放在输出到GND之间。通过分压电阻获得反馈电压，再与内部的参考电源（0.923V）比较，调整PWM信号的占空比，最终实现稳定输出电压的目的。6COMP环路补偿引脚，外接RC补偿网络从COMP到GND来控制环路，当输出使用电解电容时（电解电容ESR较大），还需另外加一个电容从COMP到GND。7EN使能输入引脚。高电平时（=2.5V）打开电源芯片，低电平时（=1.5V）关闭电源芯片。8SSsoft-start引脚，内部接有6μA电流源，外部接一个电容到GND，工作时内部电流源对外部电容充电，soft-start时间到充电电压达到0.923V时截止，可以通过调节外接电容容值来控制soft-start时间，从而满足系统中电源时序的要求。7四、MP1482/MP1484内部结构MP1482/MP1484是一款内置两颗MOS管的同步整流降压DC-DC，并且属于电流型的控制方式。电流型控制模式：具有快速动态响应，自动过流保护，易于补偿等优点。电流反馈环路由电流检测电路和斜坡补偿电路构成，电流检测电路检测电感电流的变化，与斜坡补偿电路相叠加，与误差放大器的输出比较，控制占空比，从而控制功率管的导通与关断。基本思路：反馈电压跟参考电压比较后得到COMP端电压，COMP端电压决定了上管峰值电流以及占空比，而占空比变化控制输出电压变化，从而达到负反馈控制目的。软启动：启动时候由于刚开始FB的电压小于0.3V，系统进入100KHZ工作模式。应用软启动时，内部的电流源（6uA）给软启动电容充电，当SS脚电压达到0.923V时，软启动结束。为什么需要软启动？除了控制时序外，还有一个重要原因就是保护负载。硬启动电路刚开始工作时，由于输出电容上并没有积蓄能量，因此电压很低，电路的反馈回路检测到低电压值时，将会采用最宽的PWM来尽快使输出电压上升，但是此过程由于反馈回路反应很快，因此容易造成电流过冲，损坏电路元件。输出过压保护：当FB超过1.1V时，输出OVP电平，使SSPIN和COMPPIN电平置零。输出过流、短路保护：每个周期都对上下管电流进行监控。当输出对地短路时，上管限流电阻所采样的电压达到所限流点（MP1482典型为3.4A），芯片工作频率为100KHZ，并且8COMPPIN被钳位，芯片以最小占空比模式运行。输出过流、短路时SW输出信号如下图：五、MP1482/MP1484电路设计9注：经与FITIPOWER确认，第6PIN（COMP）与FR9886（NC）和FR9887（PG）定义不同，但电路设计时可完全兼容，可直接参照上图设计。六、外围器件选型1.输出分压电阻（R1,R2）输出电压由反馈电阻R1,R2设定，公式如下：R1的值根据需要输出的电压值计算得到注：A，反馈电阻精度要高，一般选择1%精度B，最低电压可低到0.923V，适合1.0V以上的输出电压2.电感的选择A，感值B，输出电流电感输出电流规格包括Isat和Irms。其中，Isat是指磁介质的饱和电流，一般指电感值下降30%时的电流值；Irms是指温升电流，一般指在常温25度，电感温度上升40度时的电流值。我们选择电感时，实际使用的电流必须小于这两个电流规格的最小值，且需留有一定的裕量。举个例子：TDK5045系列4.7UH电感的参数如下R2的的型值为10K10感值与电流和温度的关系曲线如下图：电感纹波电流电感峰值电流为Iout+ΔIL/2饱和电流通常为电感峰值电流的1.25-1.5倍。C，电感的材质铁氧体：开气隙后可以用于滤波，高频特性很好，但是过流后很容易饱和，硬饱和特性（饱和后等效短路），体积较大。铁硅铝：价格稍高，电感系数稍低（需要更多的铜），软饱和特性。铁粉芯：价格最低，电感系数高（用铜最省），基本不饱和。MP1482的开关频率为380kHz，因此可选用铁氧体磁心材料。3.输入电容主要选择要点：容值、耐压、ESR、纹波电流有效值（Irms）等为了达到最好的性能，一般同时选用铝电解电容（LOWESR）和瓷片电容（X5R或X7R）。1)输入纹波电流有效值Irms估算：fLVinVoutVVIOUTINL×××-=Δ)(11当D=50%或Vin=2Vo时，Irms最大，为1/2Iout2)输入纹波电压估算：C1为输入电容目前我们使用12V电源适配器输入，一般使用一个470uF/25V电解电容、一个10uF瓷片电容，以及一个0.01uF瓷片电容作为输入电容，具体需根据实际测试情况微调。4.输出电容与输入的电容一样，一般同时选用铝电解电容（LOWESR）和瓷片电容（X5R或X7R）。输出电容的选择主要关注的是电压纹波，估算方法如下：A，如果用电解电容，输出电压纹波主要由ESR引起。要降低纹波，主要是要减小ESR