MP1482 降压电路【精制材料】

The Future of Analog Technology ,MP1482设计指南,1,实操应用,目录,1.特 性以及原理 介 绍,2.测 试 数 据,3.应用设计指南,4.LAYOUT 以及热计算,5.常见问题以及解决方案,2,实操应用,基本特性,基本特性 2A输出电流，3.4A最大限流点 输入电压范围: 4.75-18V 最高效率93% 340KHZ开关频率 同步整流,保护及其他功能 软启动 逐周过流保护,短路保护 过热保护 SO8封装,3,实操应用,原理框图,4,实操应用,原理概述,MP1482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.基本思路是: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.,5,实操应用,启动原理,启动时候由于反馈电压刚开始会低于0.3v,所以系统进入100KHZ工作模式.而应用软启动时候,内部的电流源给软启动电容充电,当SS脚电压到0.923v时,软启动结束,6,实操应用,过流保护和短路保护,MP1482在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设定的限流点(典型值3.4A),芯片工作频率变成100khz,并且COMP PIN被钳位,芯片以最小占空比模式运行.,7,实操应用,测 试 数 据,8,实操应用,效率测试,测试条件: 3.3v输出,在不同的输入电压条件下,9,实操应用,启动波形,CH1: Vo CH2: Vsw CH3: Ven CH4: I_inductor Vin=12V, Vo=3.3V, Io=2A,10,实操应用,关断波形,CH1: Vo CH2: Vsw CH3: Ven CH4: I_inductor Vin=12V, Vo=3.3V, Io=2A,11,实操应用,动态响应,测试条件: Vin=12V, Vo=3.3V, Io=12A, 斜率1.6A/us,电压动态变化峰峰值为182mV。,12,实操应用,短路保护,Vo,Vsw,IL,测试条件: Vin=12V, Vo=3.3V, Io=0A,短路时进入降频模式,以最小占空比导通。,CH1: Vo CH2: Vsw CH4: Iinductor,13,实操应用,短路恢复,测试条件: Vin=12V, Vo=3.3V, Io=0A,备注:加上前馈电容可以减少输出过冲,CH1: Vo CH2: Vsw CH4: Iinductor,14,实操应用,应用 设 计指南,15,实操应用,应用电路,16,实操应用,输出电压设定,根据输出电压公式Vo=0.92v*(1+R1/R2)可以得到输出电压值 反馈电阻精度要高 最低电压可以低到0.92v,故适合1v或者1.2v的核心电压供电,17,实操应用,电流计算,当电感的平均电流等于输出电流 电感纹波电流 输出电容纹波电流等于电感纹波电流 电感峰值电流为Iout+IL/2,18,实操应用,电感选择,感量选择 感量根据纹波电流来计算, = 20% 30%,饱和电流 电感峰值电流 饱和电流通常为电感峰值电流的1.25-1.5倍。,磁心材料 MP2107的开关频率为1.5MHz，因此可选用铁氧体磁心材料。,19,实操应用,输出电容选择(1),输出纹波V为VcOUT, VESR, VESL的矢量和。,20,实操应用,输出电容选择(2),A. 如果用电解电容，有很大的容量(<500kHz)，输出电压纹波主要由ESR引起。要降低纹波，主要是要减小ESR。,当ESR选定后，容量就可以确定：,B. 如果用陶瓷电容，ESR很低，输出电压纹波主要由COUT引起。,ESR和容量选择,21,实操应用,输出电容选择(3),RMS电流 Cout能承受的RMS电流为：,耐压选择 对于电解电容和陶瓷电容，耐压应为1.5倍输出电压；对于钽电容，耐压应为2倍输出电压,22,实操应用,输入电容选择,对于MP1482而言，建议使用X5R或X7R陶瓷电容作为输入电容。如果用电解电容,必须并上104或者105的瓷片电容 容值选取 输入电容在开关频率点的阻抗应该远小于电源阻抗，以减少开关对电源的干扰。对于MP1482，容值建议选10uF以上。而使用电解电容,推荐容值220uF以上,23,实操应用,补偿电路参数选择,R3的大小跟带宽成正比,而带宽一般选择在开关频率的十分之一或者更小;而带宽太大则会影响到系统的稳定性,表现在开关波形不稳等;而太小则动态特性变差,过充变大 而当R3确定后,需确定C3的值,R3,C3共同决定了系统的相位裕量. 而C6是为了消除高ESR电容对系统带来的影响,特别是高频部分的影响.当输出电容的ESR相对较大时,可以加上C6消除其影响 R3,C3以及C6的计算公式在规格书第八页有详细介绍 特别需要注意的是当占空比很小的时候,比如输出1v或者1.2v时候,推荐把C3加大到10nf使得系统更稳定,24,实操应用,LAYOUT 以及热计算,基本原则:高dv/dt的线要短,粗;高di/dt的面积要小;地平面要大,25,实操应用,LAYOUT指南,SW脚出来的线要短,粗,即电感要靠近3脚,BST电容要靠近1,3脚 输入电容要靠近2脚 输入电容,芯片地形成的环路要小,并且和电感,输出电容形成的环路也要小.简单来讲就是输入地,芯片地以及输出地要尽量靠近 反馈电阻要靠近Fb脚,并且远离SW信号,否则容易造成系统不稳定.并且取样需要从输出电容取,26,实操应用,功率损失计算,对于同步降压芯片来说，功率损耗包括上管导通损耗PD_UP_CON，上管开关损耗PD_UP_SW，下管导通损耗PD_DW_CON，下管开关损耗PD_DW_SW, 电感导通损耗PD_L_CON, 电感铁损耗PD_L_CORE。 PD_UP_CON=Io2*Rdson*D, 其中D为占空比, Rdson为上MOS导通阻抗 PD_UP_SW=1/4*Fs*Vin*Iout*(Ton+Toff), 其中Ton和Toff分别为上MOS开通和关断边沿时间. PD_DW_CON=Io2*Rdson_syn*(1-D), 其中Rdson_syn为同步MOS导通阻抗 PD_DW_SW=1/4*Fs*Vin*Iout*(Ton_syn+Toff_syn) , 其中Ton_syn和Toff_syn分别为同步MOS开通和关断边沿时间. PD_L_CON=Io2*Rldc, Rldc为电感直流阻抗 PD_L_CORE=WperV*Vol,27,实操应用,温升计算,Tj=Ta+PD*Tja Tj为节点温度，Ta为环境温度，PD为在该器件上的功耗，Tja为热阻,芯片温升计算,28,实操应用,常见问题以及解决方案,29,实操应用,无电压输出,DC/DC无输出,检查EN和 Vin电压是否正常？,(输入电压应该在4.75V到18V之间，EN应该在1.6V到6V之间),输出是否短路？,(如果短路可以从SW检测到100khz频率的波形),联系 MPS,(在SW端未检测到正常的方波脉冲),Y,N,如果MP1482没有输出，按下述流程进行检查。,30,实操应用,输出不稳定,1 Layout 引起的SW脚波形不正常,可以调整元器件位置,比如输入电容的位置,BST电容,电感或者输出电容位置,以及反馈网络的位置,使其符合Layout指南里所提到的注意事项 2 BST电容值是否正确 3 电感是否饱和 4 使用电解电容时候是否并上磁片电容 4 补偿参数是否正确,31,实操应用,低电压输出软启动问题,1,如果不需要软启动功能,可以去掉软启动电容 2,加大输出电容或者减小电感量会有帮助 3,推荐更改补偿参数,把电容从3.3nf加大到10nf,根本原因是低占空比时相位裕量不够引起启动不稳定,故加大补偿电容增加相位裕量,32,实操应用,跟MP1410系列兼容问题,1,由于MP1482跟1410系列反馈电压不一样,所以取替换1410系列时候必须注意更改反馈电阻值 2,注意EN脚电路,1410系列EN悬空可以自己启动,1482必须上拉才可以,33,实操应用,Q&A,Q: 为什么输出电压和设定的电压不一样？,1. R1, R2是否为1%的容差范围； 2. 检查R1和R2是否有开路或短路的状况 3. 检查输出是否短路了； 4. 环路不稳定引起反馈电压不正常,34,实操应用,Q&A,Q: SW正常波形是怎样的？,A: 正常的波形应如右图所示，是一个稳定的PWM波形。当负载在持续动态变化时，PWM边沿产生抖动也是正常的。,35,实操应用,Q&A,Q: 纹波在什么范围内合理？如何降低纹波?,A: 纹波计算可以参考输出电容选择(2)。 对于稳态负载： 输出电容用陶瓷电容，纹波如右上图所示。如果测得输出纹波如右下图所示，则跟测量手段有关系，请采用接地环测试。 对于动态负载： 纹波如动态响应所示 要降低纹波，首先要确认芯片是否工作在正常状态（开关是否稳定，layout是否引起纹波异常）。如果工作正常，降低稳态纹波可以通过增大电感和电容量实现，降低动态纹波，需要调整环路参数。,36,实操应用,Q&A,Q: 什么是接地环？为什么要用接地环？,A: 如右所示示波器探头的前端，塑料套管里就是接地环。 在做接地环测试时，将塑料套管和接地夹拿掉，可用锡丝做一个地线套套在接地环上，地线套直接连在被测对象的地上，探头接触被测对象。 用接地环的主要目的是减小测量环路面积，降低探头对地阻抗以减小空间辐射在测量环路产生的感应电压，而使测量更为准确。,塑料管套,接地环,37,实操应用,Q&A,Q: 如何改善动态响应？,A: 因为MP2107补偿内置，因此动态响应能够调整的只有反馈电阻及电感。参考反馈电阻设计，减小R1可以提高带宽，降低动态纹波，另外电感的减小也会加快环路响应速度。调整时需保证稳定性,38,实操应用,Q&A,Q: 如何降低芯片温度？,A: 温度高除了跟芯片本身和负载有关外，还可以跟以下几个方面有关 1 在芯片的SW到GND之间加一个0.5A（如B0540)的肖特基二极管，可以减小MOS死区时间的损耗。 2 确定电感的选择是否合适，不当的感量，饱和电流过低，都会导致发热过大 3 BST电容是否有问题,劣质BST电容容易引起内部MOS驱动问题引起发热,39,实操应用,Q&A,Q: 如何改善EMI指标？,A: EMI包括传导和辐射测试，可以从以下几个方面着手改善 1. Layout：要保证功率环路面积小，地平面大，输入电容靠近芯片，SW尽可能短。 2. 必要的时候，可以在SW到GND加一个吸收电路(如101nF)来吸收开关尖峰，以及在芯片PIN5-PIN3之间的电容上串接一个电阻 3. 要改善传导指标，可以在输入端加一个型滤波器,40,实操应用,Thank You!,41,实操应用,