SC2463 多路輸出開關(guān)電源控制器及其應(yīng)用
SC2463 多路輸出開關(guān)電源控制器及其應(yīng)用
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/180117.htmSC2463是一個高性能多輸出降壓轉(zhuǎn)換控制器。它可以被配置用在不同的電源管理應(yīng)用中,比如有多路輸出電壓需求的ADSL電源,需要正負(fù)電壓的混合信號電源,電腦調(diào)制解調(diào)器電源,基站電源,通用的多路輸出電壓的電源系統(tǒng)。
描述
SC2463提供了4.5V至30V的寬輸入電壓范圍,兩個可設(shè)置達700 kHz開關(guān)頻率的開關(guān)轉(zhuǎn)換器,能提供高達15A輸出電流及低至0.5V輸出電壓。它還提供了兩個正輸出電壓線性調(diào)節(jié)器。芯片TSS0P一28小封裝極大地減小了線路板面積。
SC2463兩個異相降壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以減小輸入電流紋波,允許使用更少的輸入電容。高達700kHz的開關(guān)頻率可以減少輸出電壓紋波并且降低噪音,同時還可以減小輸出電感和電容的尺寸。其它的特性還包括軟啟動,電源正常指示和頻率同步。如圖l所示,電源VIN,PVCC和AVCC都給SC2463供電。其中AVCC為芯片內(nèi)部振蕩器、開關(guān)、低差壓穩(wěn)壓器和電源正常電路提供偏置電壓。PVCC用來驅(qū)動低端場效應(yīng)管。當(dāng)VIN高于14V時,需串聯(lián)一個1100kΩ的電阻或一個外部PNP晶體管作為線性調(diào)節(jié)器,給AVCC和PVCC提供偏置電壓。SC2463利用一個內(nèi)部電流源和一個連在ILIM和AGND之間的外部電阻來調(diào)節(jié)通過場效應(yīng)管的電流限流值。
如圖2所示,SC2463啟動時由一個5μA電流源給軟啟動管腳SS充電。當(dāng)管腳SS電壓達到O.5 V時,第一個開關(guān)轉(zhuǎn)換器開始啟動,誤差放大器的參考電壓隨軟啟動信號開始上升。當(dāng)管腳ss電壓達到3 V時.將立刻被下拉到大約0 7V,此時第二個開關(guān)轉(zhuǎn)換器開始按照第一開關(guān)轉(zhuǎn)換器的形式進行軟啟動。當(dāng)管腳SS電壓第二次到達3V時,便會被第二次下拉至大約O.7V,此時兩個正向LD0被啟動。正向LDO的參考電壓隨管腳SS電壓開始上升。管腳SS將會上拉至電源電壓AVCC。此時間由管腳SS上的軟啟動電容值(C5)來控制。如果管腳SS被外部信號下拉至0.5 V以下,SC2463則不能工作。電源正常信號輸出(POK)用來監(jiān)測開關(guān)轉(zhuǎn)換器中誤差放大器的反饋電壓(FB),如果這電壓高于0.55V或低于O.45V,管腳POK便會被拉低,并且保持低態(tài)直到啟動結(jié)束。低端柵極驅(qū)動器由PVCC供電并提供1A的峰值電流。高端柵極驅(qū)動也能提供1A峰值電流。
圖2中波形A是軟啟動管腳SS上的電壓。波形B是第一個開關(guān)轉(zhuǎn)換器的上端場效應(yīng)管驅(qū)動電壓(GDIH)。波形C是二個開關(guān)轉(zhuǎn)換器的上端場效應(yīng)管驅(qū)動電壓(GD2H)。波形D是LDO輸出電壓(2 6V)。圖1中的SC2463電源1.2V輸出電壓首先建立。隨后建立的輸出電壓是3.3 V。而二組線性穩(wěn)壓的2 6V和1.8V輸出電壓最后建立。
2 電源設(shè)計要點
降壓式開關(guān)電源功率器件基本上是由濾波電感,輸出濾波電容,輸入濾波電容和功率場效應(yīng)管所組成。
2.1 電感設(shè)計
輸出電感的選擇及設(shè)計是基于輸出DC電壓的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的要求。較大的電感值可減小輸出紋波電流和紋波電壓,但在負(fù)載瞬變過程中改變電感電流的時間會加長。較小的電感值可得到低的直流銅損,但是交流磁芯損耗和交流繞線電阻損耗會變大。折衷的方法是選擇電感紋波電流峰峰值在輸出負(fù)載電流額定值的20%到30%之間。假定電感紋波電流峰峰值是負(fù)載直流電流的20%,那么輸出電感值為
以圖1中開關(guān)變換器中的L1為例,VIN=5V,Vo=3.3 V,Io=3 A,fs=150 kHz,由此計算出來的電感值是12.5 μH。可選用市場上很容易采購到的15 μH/5 A表面貼裝電感。
2.2 輸出電容
輸出電容應(yīng)按照輸出電壓紋波和負(fù)載動態(tài)變化要求來選擇。輸出電感產(chǎn)生的紋波電流會在輸出電容等效串聯(lián)電阻(ESR)上產(chǎn)生輸出電壓紋波(VRIPPLE)。為了滿足輸出電壓紋波要求,輸出電容等效串聯(lián)電阻(ESR)必須滿足式(2),即
以圖l為例,VIN=5V,Vo=3.3V,fs=150kHz,L=15μH,VRIPPs=50 mV,那么計算出來的RESR值是100mΩ。在本例中采用了一個RESR為100 mΩ,電容量為100μF鉭電容。
2.3 功率場效應(yīng)管
場效應(yīng)管是通過它的內(nèi)阻(RDSON),柵極電容及電荷(θg),和封裝熱阻(θJA)這3個參數(shù)來選擇的。利用SC24631A內(nèi)置驅(qū)動器,一個柵極電荷為25 nC的場效應(yīng)管(FDS6898A)會產(chǎn)生大約25 ns的開關(guān)升/降時間(ts=25 nC/lA),將在上端場效應(yīng)管開關(guān)時產(chǎn)生開關(guān)損耗(RQ1-1S)
PQ1-S=IoVINtsfs (3)
上端場效應(yīng)管(Q1一1)的柵極損耗(Po1-1GATE)近似為
PQ1-1_GATE≈QGVINfs (4)
上端場效應(yīng)管在導(dǎo)通時的損耗為
PQ1-1_c=I20RDSOND (5)
上端場效應(yīng)管總損耗(PQ1-1)足它的柵極損耗,傳導(dǎo)損耗,和開關(guān)損耗的總和,即
PQ1-1=PQ1-1_GATE+;Q1-1_c+PQ1-1_s (6)
由于在上端和下端場效應(yīng)管之間無重疊傳導(dǎo),下端場效應(yīng)管漏極和源極之間的寄生二極管總是在下端場效應(yīng)管導(dǎo)通之前導(dǎo)通。下端場效應(yīng)管導(dǎo)通電壓儀為一個在漏極和源極之間二極管的電壓(VSD=0.7V)。此下端場效應(yīng)管開關(guān)損耗為
Q1-2_=tsIOUTVSDfs (7)
下端場效應(yīng)管的柵極損耗(PQ1-2GATE)也可由式(8)近似得到,即
PQI-2_ (GATE≈QGVOMfs (8)
下端場效應(yīng)管在導(dǎo)通時的損耗為
PQ1-2c=I2ORDSON(1一D) (9)
在死區(qū)時問內(nèi)Q1-2的損耗是在它寄生二極管上的傳導(dǎo)損耗(PQ1-2D),即
PQI-2=VSDfsIOUTtDEAD (10)
式中:tDEAD是電源控制芯片上下端場效應(yīng)管驅(qū)動的死區(qū)時間,SC2463的死區(qū)時間約為100ns。
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