MP1482-MP1484模塊電路設(shè)計-V1.0

1、 MP1482MP1484模塊電路設(shè)計目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4一、降壓變換器（Buck）的工作原理2 HYPERLINK l bookmark25二、MP1482/MP1484基本特性5 HYPERLINK l bookmark31三、MP1482/MP1484引腳描述6 HYPERLINK l bookmark35四、MP1482/MP1484內(nèi)部結(jié)構(gòu)7 HYPERLINK l bookmark39五、MP1482/MP1484電路設(shè)計8 HYPERLINK l bookmark41六、外圍器件選型9 HYPERLINK l bookmark

2、73七、MP1482/MP1484效率與輸出電流曲線圖13 HYPERLINK l bookmark79八、PCBLayout注意事項14 HYPERLINK l bookmark89九、MP1482的測試數(shù)據(jù)15 HYPERLINK l bookmark109十.常用DC-DC芯片及替代料參考19一、降壓變換器（Buck）的工作原理i降壓變換器町分為非同步和同步兩種同步Buck電路 # 2主要元器件包括：開關(guān)管SW、續(xù)流二極管D（同步的用開關(guān)管替代）、儲能電感L、濾波電容C和負載電阻RL。3工作過程分析（以非同步電路為例，同步原理相似）當SW導通時，電流經(jīng)SW、L到負載，能量同時儲存在電感中

3、，并同時給電容C充電,輸出平均直流電壓Vo：LVinVk=VinO+VLWV-LRIC1TCO:O當SW斷開時，沒有能量輸入，輸出到負載的能量來自電感，電感L電流方向不變，IL是卞降的。感應(yīng)電壓使D上負下正導通續(xù)流，電容平滑輸出電壓；三種工作模式根據(jù)電感電流在周期內(nèi)的狀態(tài)，BUCK變換器可分為電感電流連續(xù)模式（CCM模式）、電感電流斷續(xù)模式（DCM模式）和臨界模式三種。電感電流連續(xù)是指輸出電感L中的電流總是人于零，即不出現(xiàn)電流中斷；電感電流斷續(xù)是指在開關(guān)管關(guān)斷器件有一段時間L中的電流為零；在這兩種模式之間有一個邊界，稱為電感電流臨界連續(xù)狀態(tài)，即在開關(guān)管關(guān)斷末期，電感L中的電流剛好降到零。1）連

4、續(xù)模式lLSolidlODashedail3）臨界模式 # #電感電流連續(xù)模式下各狀態(tài)波形示意圖一般使變換器工作在電感電流連續(xù)模式，連續(xù)模式電壓紋波相對較小。兩個基本的計算公式(電感電流連續(xù)模式)Vo=(Ton/T)xVin=DxVinL二(Vin-VoutfVout)/(AI*f*Vin)Al一般取輸出電流的10%30%同步降壓變換器開關(guān)變換器中功率消耗最人的元件是二極管，消耗功率為二極管導通壓降與電流的乘積,該功耗降低了總體效率。為最人限度地提高效率，可以用一個開關(guān)替代二極管，即所謂的“同步整流結(jié)構(gòu)”同步整流結(jié)枸下面是MPS公司提供的一組同步和非同步降壓變換器的功率損耗對比以5V轉(zhuǎn)1.2V

5、/1A為例假設(shè)：同步整流IC的MOSFET內(nèi)阻為130mohm,開關(guān)時間為5uS;非同步整流IC的上MOSFET內(nèi)阻為130mohm,開關(guān)時間同為5uS,肖特基壓降0.5V. 同步芯片（效率=84.2%） #HighSideSwitchConductionLossHighSideSwitchSwitchingLossLowSideSwitchConductionLossPowerLOSSLowSideSwitchSwitchingLossDistributionLossCausedbySchottkyCapacitanceSchottkyConductionLossInductorConduc

6、tionLossInductorCoreLoss非同步芯片（效率=70.3%）PowerLossDistribuHighSideSwitchConductionLossHighSideSwitchSwitchingLossLowSideSwitchConductionLossLowSideSwitchSwitchingLossLossCausedbySchottkyCapacitanceSchottkyConductionLossInductorConductionLossInductorCoreLoss從餅圖中明顯可以看到非同步芯片在肖特基二極管的損耗很人，效率也因此遠低于同步整流芯片。通常

7、在人壓差的應(yīng)用條件卞，同步整流芯片從節(jié)能和發(fā)熱的角度來看，要優(yōu)于非同步整流芯片。二、MP1482/MP1484基本特性MP1482/MP1484是一款同步降壓DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片輸入電壓范圍：4.75V28V輸出電壓范圍：0.923V15V最人輸出電流：MP14822A.MP14843A開關(guān)頻率：340KHZMOSFET導通阻抗低至0.13Ohm軟啟動時間可調(diào)效率高達93%每周期電流限制，過熱關(guān)斷保護封裝：SOIC8/SOIC8E 三、MP1482/MP1484引腳描述OPVIEWssIN3COMPD5SOIC8EEDPADIDEGNDBS?J.丿1 # PIN序號PIN名稱功能描述1BSb

8、ootstrap,高邊驅(qū)動升壓輸入引腳，外接一個O.OluF或更人的電容從SW腳到此BS引腳，同時可串接一個020歐的電阻。電容起電荷泵作用，在高邊MOS管導通時，給其提供驅(qū)動電源；電阻起防過沖作用，防止輸出的方波產(chǎn)生尖峰。2IN電壓輸入引腳，輸入電壓范圍：4.75V18V,需就近加一個Bypass電容。3SW開關(guān)信號輸出引腳，外接LC濾波電路。高邊MOS管導通時，12V輸入電源經(jīng)過此高邊MOS,與外闈的LC網(wǎng)絡(luò)形成充電回路，低邊MOS管導通時，外圍的電感產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，經(jīng)過濾波電容，再到此低邊MOS管，形成放電回路，最終輸出穩(wěn)定的直流電壓。4GND信號參考地5FB電壓反饋輸入引腳，外接分壓電

9、阻，分壓電阻放在輸出到GND之間。通過分壓電阻獲得反饋電壓，再與內(nèi)部的參考電源（0.923V）比較，調(diào)整PWM信號的占空比，最終實現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的目的。6COMP壞路補償引腳，外接RC補償網(wǎng)絡(luò)從COMP到GND來控制環(huán)路，當輸出使用電解電容時（電解電容ESR較大），還需另外加一個電容從COMP到GNDo7EN使能輸入引腳。高電平時（=2.5V）打開電源芯片，低電平時（=1.5V）關(guān)閉電源芯片。8SSsoft-start引腳，內(nèi)部接有6吵電流源，外部接一個電容到GND,工作時內(nèi)部電流源對外部電容充電，soft-start時間到充電電壓達到0.923V時截止，可以通過調(diào)節(jié)外接電容容值來控制soft

10、-start時間，從而滿足系統(tǒng)中電源時序的要求。四、MP1482/MP1484內(nèi)部結(jié)構(gòu)INBSSWGNDMP1482/MP1484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。電流型控制模式：具有快速動態(tài)響應(yīng)，自動過流保護，易于補償?shù)葍?yōu)點。電流反饋環(huán)路由電流檢測電路和斜坡補償電路構(gòu)成，電流檢測電路檢測電感電流的變化，與斜坡補償電路相疊加，與誤差放大器的輸出比較，控制占空比，從而控制功率管的導通與關(guān)斷?；舅悸罚悍答侂妷焊鷧⒖茧妷罕容^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，從而達到負反饋控制目的。軟啟動：啟動時候

11、由于剛開始FB的電壓小于0.3V,系統(tǒng)進入1OOKHZI作模式。應(yīng)用軟啟動時，內(nèi)部的電流源（6uA）給軟啟動電容充電，當SS腳電壓達到0.923V時，軟啟動結(jié)束。為什么需要軟啟動？除了控制時序外，還有一個重要原因就是保護負載。硬啟動電路剛開始工作時，由于輸出電容上并沒有積蓄能量，因此電壓很低，電路的反饋回路檢測到低電壓值時，將會采用最寬的PWM來盡快使輸出電壓上升，但是此過程由于反饋回路反應(yīng)很快，因此容易造成電流過沖，損壞電路元件。輸出過壓保護：當FB超過1.1V時，輸出OVP電平，使SSPIN和COMPPIN電平置零。輸出過流、短路保護：每個周期都對上下管電流進行監(jiān)控。當輸出對地短路時，上管

12、限流電阻所采樣的電壓達到所限流點（MP1482典型為3.4A）,芯片工作頻率為1OOKHZ,并且AvCijX186V2O.Ops.kJlv10OM$o1O0nsfpary17.201317:1349COMPPIN被鉗位，芯片以最小占空比模式運行。輸出過流、短路時SW輸出信號如下圖：ValoeMeanMlnMaxStDovCountIn1oFreq322.W322.S8017k322.7k|322.7k00V?；tJRMS-832.3mV832.32541m832.3m鼻32.3m00I：1“E2I、力mwcMv%：,.ocO5O0QulqooiTsssLruwITT52ZOUO誓：M;J15u

13、H,3W5L匕30.ZU9QSoo-0-38r508QE9.n2LSCIBQe9GOLF91-QH1lfChipJB,220O3A.0805五、MP1482/MP1484電路設(shè)計注：經(jīng)與FITIPOWER確認，第6PIN(COMP)與FR9886(NC)和FR9887(PG)定義不同,但電路設(shè)計時可完全兼容，可直接參照上圖設(shè)計。六、外圍器件選型SWFB3L175R1MP1484E和LF-Z技1.輸出分壓電阻(R1,R2)22uH.3A,RAD5Sio輸出電壓由反饋電阻R1,R2設(shè)定，公式如下:八cR1+R2vout=0923xR2的典型值為10KR1的值根據(jù)需要輸出的電壓值計算得到一般選擇1%

14、精度注：A,反饋電阻精度要高，B,最低電壓可低到0.923V,適合1.0V以上的輸出電壓電感的選擇A,感值VoutoutXs=20%30%B,輸出電流電感輸出電流規(guī)格包扌舌Isat和Irms。其中，Isat是指磁介質(zhì)的飽和電流，一般指電感值下降30%時的電流值；Irms是指溫升電流，一般指在常溫25度，電感溫度上升40度時的電流值。我們選擇電感時，實際使用的電流必須小于這兩個電流規(guī)格的最小值，且需留有一定的裕量。舉個例子：TDK5045系列4.7UH電感的參數(shù)如下InductanceInductanceTestfrequency兀保血胱Ml_覚川?月PartNo.(PH)tiiiuuuaiiw

15、tolerancel3lllgUU(kHz)max.typ-Basedoninductancechangemax.Basedontemperaturerisetyp.VLC5045T-1R5N1.530%1000.0180.0145.54.6VLC5045T-2R2N2230%1000.0220.0175.04.3VLC5045T-3R3N3.3土30%1000.0290.0234.04.0VLC5045T-4R7M4.720%1000.0340.0283.332VLC5045T-6R8M6.820%1000.0460.0382.72.8VLC5045T-100M1020%1000.0660.

16、0552.12.3VLC5045T-150M1520%1000.1000.0831.81.9感值與電流和溫度的關(guān)系曲線如卜圖:VLC5045T-4R7MDCcurrent(A)電感紋波電流如=”叮嚴VmxZxf電感峰值電流為IouUAIl/2飽和電流通常為電感峰值電流的1.25-1.5倍。C,電感的材質(zhì)鐵氧體：開氣隙后可以用于濾波，高頻特性很好，但是過流后很容易飽和，硬飽和特性（飽和后等效短路），體積較大。鐵硅鋁：價格稍高，電感系數(shù)稍低（需要更多的銅），軟飽和特性。鐵粉芯：價格最低，電感系數(shù)高（用銅最?。?，基本不飽和。MP1482的開關(guān)頻率為380kH乙因此可選用鐵氧體磁心材料。輸入電容主要選

17、擇要點：容值、耐壓、ESR、紋波電流有效值（Irms）等為了達到最好的性能，一般同時選用鋁電解電容（LOWESR）和瓷片電容（X5R或X7R）。1）輸入紋波電流有效值Irms估算：Tcin.nins=k）xJ（1一Z）xIcin.rtns=Tox當D=50%或Vin=2Vo時，Irms最大,為l/2lout2）輸入紋波電壓估算：C1xfs1VQUTV|NCl為輸入電容目前我們使用12V電源適配器輸入，一般使用一個470UF/25V電解電容、一個10uF瓷片電容，以及一個O.OluF瓷片電容作為輸入電容，具體需根據(jù)實際測試情況微調(diào)。輸出電容與輸入的電容一樣，一般同時選用鋁電解電容（LOWESR）

18、和瓷片電容（X5R或X7R）。輸出電容的選擇主要關(guān)注的是電壓紋波，估算方法如下：fs-LlVoUTVlN/ESR十8fsC； # #A,如果用電解電容，輸出電壓紋波主要由ESR引起。要降低紋波，主要是要減小ESRRESRAVourout當ESR選定后，容量就可以確定:10 # B,如果用瓷片電容，ESR很低，輸出電壓紋波主要由Co”引起。Cour耐壓選擇對于電解電容和陶瓷電容，耐壓應(yīng)為15倍以上輸出電壓：對于袒電容，耐壓應(yīng)為2倍以上輸出電壓目前一般選用一個470uF/25V電解電容、兩個10uF瓷片電容，以及一個2.2uF和一個O.luF的瓷片電容作為輸出電容，具體需根據(jù)實際測試情況微調(diào)。5.

19、補償電路阻容（R6、C12、C13）SW5山EN0導0|0艮，一町ssgoMP1484EN丄F-NCLgfbsrLLdooLcoo/ 1）首先選擇補償電阻R6R6的人小跟帶寬成正比，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：而太小則動態(tài)特性變差，過沖變?nèi)恕Ｓ嬎愎饺缦拢篟g=2穴XCoXf。KVouTGeaxGcsVFB其中，C。為輸出電容，fc為穿越頻率（一般選擇低于1/10T作頻率），Vout為輸出電壓，Vfb=0.923V,Gea=800uA/V,Gcs二35A/V,Fs二340K（工作頻率）由上可看出，R3的人小與Vout成正比

20、，Vo較低時配合的R6也較低R6般選擇1K20K。2）選擇補償電容C12,來選擇相位余量當R6確定后，需確定C12的值，R6.C12共同決定了系統(tǒng)的相位裕量，計算公式如下:XRfiXfc相位裕量：在回路增益等于OdB（單位增益）的頻率下，反饋信號的總相移與一180。之差（以度為單位）。對開關(guān)穩(wěn)壓器而言，則需要40-50度的相位余量（越多越好）。C12般選擇1nF10nFo注：當占空比很小的時候，比如輸出IV或者1.2V時候,推薦把C12加衣到10nf使得系統(tǒng)更穩(wěn)定。3）若輸出電容使用電解電容（由于電解電容等效阻抗ESR比較大），建議增加C13C13是為了消除高ESR電容對系統(tǒng)帶來的影響，特別是

21、高頻部分的影響.當輸出電容的ESR相對較人時，可以加上C43消除其影響。計算公式如卞：C13=xResF?Re其中，Co為輸岀電容容值，RESR為輸出電容等效阻抗。C13般選100220pF注：當Loop不穩(wěn)時，可適當調(diào)節(jié)R6與C12的參數(shù)，調(diào)整方向為增人C12,減小R6；當需要加快IC動態(tài)響應(yīng)時，在LOOP穩(wěn)定的前提下，可減小C12,增XR6o6.soft-start充電電容（Cll） 控制輸出電壓上升速度，可以減小輸入沖擊電流，調(diào)整時序。計算公式如下:5律沁怎(nF)注：Css即為電路圖中的C11七、MP1482/MP1484效率與輸出電流曲線圖1)MP142EfficiencyvsLoa

22、dCurrent()AaN山一。2)MP1484 EfficiencyvsLoadCurrent()AON山一山 # #八、PCBLayout注意事項 # 1）紅色標識的器件（Cl、IC、Ll、C2）是功率器件，應(yīng)盡可能的緊湊2）SW走線應(yīng)盡量粗而短，不要有過孔3）輸入電容應(yīng)該靠近芯片的VIN腳4）模擬地和數(shù)字地分開。兩者單點連接。其中COMP,SS,FB,GND都是連接模擬地。女口果有大面積的地，可以不分。5）反饋線盡量少打過孔，R1和R2盡量貼近IC放置6）用敷地來減小噪聲Bypass電容盡可能|靠近IC的Vcc腳電感下方盡最不要走線，尤其信號線CiniCout主要電源路徑的布線,盡量短而

23、粗。Cin的GND,Cout的GND與IC自身GND盡可能近HP1482SOT-23-6andSOT-8Co-layoutFlexiblePCBLayoutCo-layoutbetweenSOT-23-6andSOP-8注：SOT-23-6與SOT-8差別,少了SS和PG(COMP)兩個PIN腳。推薦型號：FR98012A0.8V九、MP1482的測試數(shù)據(jù)1.效率測試測試條件:3.3丫輸出9在不同的輸入電壓條件下Efficiencyvs.OutputCurrent(Vo=3.3V)2啟動波形TekPrevulout(A)TTrig?Ch1Rise12,90msCHI:VoH2:VswCH3:V

24、enCH4;IinductorVin=12V,Ch3TCh1T卜弩8.614msIo=2AchiCh31.00V5.00V期Ch2|100rM|400msA|Ch3/Ch4TOOQU30.00%30.00%2?20Vi2Apr200716:55:37 # #3.關(guān)斷波形 Io=2A:Vsw;Vcu4:IJndiicTorin=in2Apr200716:51:164.動態(tài)響應(yīng)測試條件:Vin=12V,Vo=33V,Io=l2A,斜率1.6A/usni69.60%Ch1Pk-Pk182mV2Apr200717:34:26電壓動態(tài)變化峰峰值為182mV0 5.附FR9887/9889輕載高效時SW波

25、形負載電流小于200MA時，視為輕載1)負載電流200MA時，SW波形(小于200MA時，電流越小，F(xiàn)zq越小)Fik|Ein|VertctfINoszMeq|Teg|OapWy|Cunm|Metsure|Mast|MMh|MySeoe|AMyaeIUMitts|Mdp|tj1” # 九0V3tv-1oe.Ay/7yrM/1OOpdtv100MS/1OnUptStopped222acqRL:1.0kAutoFebrvary20.20131114:41VLVleonMinMt$tOvCcuntUNor*AutovQJjRAASpw*Dt/Cyc*J.1WV31432)5；M.2mS3oira.i

26、awiZOZZk3.1G2V314325576.05n4.501T8.19!n2622k12.V12.564175400Om1164802622kOO.flkHy1J&74tk15JkSIM)3Jh2WT.Z57%70-U0I541.4T3100.2.017012）負載電流300MA時，SW波形（人于200MA時，F(xiàn)req維持340K不變）FiSEcitVertf|HonsAcqTugCsasMetMreMas*忖thM)$copeAnahzeUtilbe:HHpv士：Cfli-Ia.CVWivGAyj/72mVNon*Auto1O.(hn/divICLOMSZs10tni/pe2300acqRL;t.OkAuoFebruirY20,20131109:32VluMeanMlnMoxStD*vCountWo.RMS*3RMSJ