基于HIP6004E的降壓型DC/DC變換器的設(shè)計(jì)

1 引言

HIP6004E是降壓型同步整流PWM控制器和輸出電壓監(jiān)控器，它在一個(gè)很小的封裝（SOIC-20或TSSOP-20）內(nèi)集成了PWM控制，輸出電壓調(diào)節(jié)，電壓監(jiān)視和過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)等功能，可在DC 1.050～1.825V范圍內(nèi)，以25mV的增量精確調(diào)節(jié)輸出電壓。另外，它還具有軟啟動(dòng)，工作頻率寬范圍可調(diào)，遙控開關(guān)機(jī)，快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，輸出功率大，電壓穩(wěn)定度好等特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使HIP6004E可以廣泛應(yīng)用于高性能微處理器供電（如Pentium Ⅲ和其它微處理器）和高功率DC/DC變換器及低電壓分布式供電系統(tǒng)中。

2 HIP6004E引腳功能和工作原理

2.1 引腳功能

HIP6004E引腳排列如圖1所示。

圖1 引腳排列

各引腳功能如下：

腳1（VSEN） 電壓檢測(cè)腳，連接到變換器的輸出電壓端，PGOOD和OVP信號(hào)，利用該信號(hào)來(lái)檢測(cè)輸出電壓的狀態(tài)和進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)；

腳2（OCSET） 過(guò)流設(shè)定腳，用來(lái)設(shè)定過(guò)流保護(hù)值；

腳3（SS） soft start，從該腳連接一個(gè)電容到地，設(shè)定變換器的軟啟動(dòng)間隔時(shí)間，也可用來(lái)作為變換器的使能端，開啟/關(guān)閉變換器；

腳4－腳8（VID25mV，VID0－VID3） 5位DAC的輸入腳，通過(guò)這5個(gè)腳可對(duì)內(nèi)部電壓參考（DACOUT）進(jìn)行編程，而DACOUT的輸出用來(lái)設(shè)定變換器的輸出電壓，同時(shí)也用來(lái)設(shè)定PGOOD和OVP的門檻電壓；

腳9（COMP） 內(nèi)部誤差放大器的輸出，用來(lái)補(bǔ)償變換器的電壓反饋信號(hào)；

腳10（FB） 內(nèi)部誤差放大器的反相輸入，用來(lái)補(bǔ)償變換器的電壓反饋信號(hào)；

腳11（GND） 信號(hào)地；

腳12（PGOOD） 電源好信號(hào)，OC門輸出，用來(lái)指示變換器輸出電壓的狀態(tài)；當(dāng)輸出電壓超出DACOUT參考電壓的±10％范圍時(shí)，該信號(hào)變低，說(shuō)明電壓不正常；

腳13（PHASE） 將其連到上端MOSFET的源極，用來(lái)監(jiān)視MOSFET的電壓降，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，同時(shí)，它也是上端MOSFET門極驅(qū)動(dòng)的返回路徑；

腳14（UGATE） 將其連到上端MOSFET的門極，提供門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

腳15（BOOT） 提供上端MOSFET的偏置電壓；

腳16（PGND） 功率地，將下端MOSFET的源極接該腳；

腳17（LGATE） 將其連到下端MOSFET的門極，提供門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

腳18（VCC） 芯片工作電壓輸入；

腳19（OVP） 過(guò)壓輸出信號(hào)；

腳20（RT） 用來(lái)設(shè)置振蕩器的開關(guān)頻率。

2.2 工作原理

HIP6004E內(nèi)部框圖如圖2所示。它由數(shù)模轉(zhuǎn)換器，電壓參考，誤差放大器，振蕩器，PWM比較器，軟啟動(dòng)電路，過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路，門極控制邏輯電路，上電復(fù)位電路等部分組成。

圖2 HIP6004E內(nèi)部框圖

上電后，HIP6004E自動(dòng)進(jìn)行初始化，無(wú)需特殊的加電順序。POWER-ON（POR）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片工作電壓（V_cc）和變換器的輸入電壓（V_in），當(dāng)兩種電壓都超過(guò)設(shè)定門檻值時(shí)，開始進(jìn)行軟啟動(dòng)過(guò)程。芯片內(nèi)部的10μA電流源對(duì)接在腳3（SS）的軟啟動(dòng)電容進(jìn)行充電，腳3電壓緩慢上升，并將誤差放大器的輸出電壓（COMP）和參考電壓（同相端輸入）都鉗位為腳3電壓。當(dāng)腳3電壓上升到一定幅度時(shí)，與振蕩器產(chǎn)生的三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PHASE脈沖對(duì)輸出電容進(jìn)行充電。當(dāng)輸出電壓達(dá)到一定幅值后，參考電壓開始控制輸出電壓。當(dāng)腳3電壓超過(guò)DACOUT電壓后，輸出電壓進(jìn)入調(diào)節(jié)過(guò)程。這種軟啟動(dòng)方法使輸出電壓快速地，可控地上升。軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生PWM波使上下端兩個(gè)MOSFET交替導(dǎo)通，并通過(guò)電壓反饋電路來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定。

3 DC/DC變換器的設(shè)計(jì)

基于HIP6004E的典型DC/DC變換器電路如圖3所示，以下詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)過(guò)程。

圖3 典型DC/DC變換器電路