一種多路輸出開(kāi)關(guān)電源控制器

1、一種多路輸出開(kāi)關(guān)電源控制器sc2463是一個(gè)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應(yīng)用中，比如有多路輸出需求的adsl電源，需要正負(fù)電壓的混合信號(hào)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)。1 描述sc2463提供了45v至30v的寬輸入電壓范圍，兩個(gè)可設(shè)置達(dá)700 khz開(kāi)關(guān)頻率的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，能提供高達(dá)15a輸出及低至0.5v輸出電壓。它還提供了兩個(gè)正輸出電壓線性調(diào)整器。芯片tss0p一28小封裝極大地減小了線路板面積。sc2463兩個(gè)異相降壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器可以減小輸入電流紋波，允許用法更少的輸入。高達(dá)700khz的開(kāi)關(guān)頻率可以削減輸出電壓紋波并且降低噪音，同時(shí)

2、還可以減小輸出和電容的尺寸。其它的特性還包括軟啟動(dòng)，電源正常指示和頻率同步。l所示，電源vin，pvcc和avcc都給sc2463供電。其中avcc為芯片內(nèi)部、開(kāi)關(guān)、低差壓穩(wěn)壓器和電源正常提供偏置電壓。pvcc用來(lái)驅(qū)動(dòng)低端。當(dāng)vin高于14v時(shí)，需串聯(lián)一個(gè)1100k的或一個(gè)外部pnp晶體管作為線性調(diào)整器，給avc c和pvcc提供偏置電壓。sc2463利用一個(gè)內(nèi)部電流源和一個(gè)連在ilim和agnd之間的外部電阻來(lái)調(diào)整通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的電流限流值。2所示，sc2463啟動(dòng)時(shí)由一個(gè)5a電流源給軟啟動(dòng)管腳ss充電。當(dāng)管腳ss電壓達(dá)到o5 v時(shí)，第一個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器開(kāi)頭啟動(dòng)，誤差的參考電壓隨軟啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)頭升高

3、。當(dāng)管腳ss電壓達(dá)到3 v時(shí)將立即被下拉到大約0 7v，此時(shí)其次個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器開(kāi)頭根據(jù)第一開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的形式舉行軟啟動(dòng)。當(dāng)管腳ss電壓其次次到達(dá)3v時(shí)，便會(huì)被其次次下拉至大約o7v，此時(shí)兩個(gè)正向ld0被啟動(dòng)。正向的參考電壓隨管腳ss電壓開(kāi)頭升高。管腳ss將會(huì)上拉至電源電壓avcc。此時(shí)光由管腳ss上的軟啟動(dòng)電容值(c5)來(lái)控制。假如管腳ss被外部信號(hào)下拉至05 v以下，sc2463則不能工作。電源正常信號(hào)輸出(pok)用來(lái)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器中誤差放大器的反饋電壓(fb)，假如這電壓高于055v或低于o45v，管腳pok便會(huì)被拉低，并且保持低態(tài)直到啟動(dòng)結(jié)束。低端柵極驅(qū)動(dòng)器由pvcc供電并提供1a的峰值電

4、流。高端柵極驅(qū)動(dòng)也能提供1a峰值電流。圖2中波形a是軟啟動(dòng)管腳ss上的電壓。波形b是第一個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的上端場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電壓(gdih)。波形c是二個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的上端場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電壓(gd2h)。波形d是ldo輸出電壓(2 6v)。圖1中的sc2463電源12v輸出電壓首先建立。隨后建立的輸出電壓是33 v。而二組線性穩(wěn)壓的2 6v和18v輸出電壓最后建立。2 電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)降壓式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(chǎng)效應(yīng)管所組成。2.1 電感設(shè)計(jì)輸出電感的挑選及設(shè)計(jì)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(guò)程中轉(zhuǎn)變電感電

5、流的時(shí)光會(huì)加長(zhǎng)。較小的電感值可得到低的直流銅損，但是溝通磁芯損耗和溝通繞線電阻損耗會(huì)變大。折衷的辦法是挑選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(kāi)關(guān)變換器中的l1為例，vin=5v，vo=33 v，io=3 a，fs=150 khz，由此計(jì)算出來(lái)的電感值是125 h。可選用市場(chǎng)上很簡(jiǎn)單選購(gòu)到的15 h5 a表面貼裝電感。22 輸出電容輸出電容應(yīng)根據(jù)輸出電壓紋波和負(fù)載動(dòng)態(tài)變幻要求來(lái)挑選。輸出電感產(chǎn)生的紋波電流會(huì)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

6、容等效串聯(lián)電阻(esr)必需滿足式(2)，即以圖l為例，vin=5v，vo=33v，fs=150khz，l=15h，vripps=50 mv，那么計(jì)算出來(lái)的resr值是100m。在本例中采納了一個(gè)resr為100 m，電容量為100f鉭電容。2.3 功率場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)它的內(nèi)阻(rdson)，柵極電容及電荷(g)，和封裝熱阻(ja)這3個(gè)參數(shù)來(lái)挑選的。利用sc24631a內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)柵極電荷為25 nc的場(chǎng)效應(yīng)管(fds6898a)會(huì)產(chǎn)生大約25 ns的開(kāi)關(guān)升降時(shí)光(ts=25 ncla)，將在上端場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗(rq1-1s)pq1-s=iovintsfs （3）上端場(chǎng)

7、效應(yīng)管(q1一1)的柵極損耗(po1-1gate)近似為pq1-1_gateqgvinfs （4）上端場(chǎng)效應(yīng)管在導(dǎo)通時(shí)的損耗為pq1-1_c=i20rdsond （5）上端場(chǎng)效應(yīng)管總損耗(pq1-1)足它的柵極損耗，傳導(dǎo)損耗，和開(kāi)關(guān)損耗的總和，即pq1-1=pq1-1_gate+；q1-1_c+pq1-1_s （6）因?yàn)樵谏隙撕拖露藞?chǎng)效應(yīng)管之間無(wú)重疊傳導(dǎo)，下端場(chǎng)效應(yīng)管漏極和源極之間的寄生總是在下端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通之前導(dǎo)通。下端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電壓儀為一個(gè)在漏極和源極之間二極管的電壓(vsd=0.7v)。此下端場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)損耗為q1-2_=tsioutvsdfs （7）下端場(chǎng)效應(yīng)管的柵極損耗(pq1-2

8、gate)也可由式(8)近似得到，即pqi-2_ (gateqgvomfs （8）下端場(chǎng)效應(yīng)管在導(dǎo)通時(shí)的損耗為pq1-2c=i2ordson(1一d) （9 ）在死區(qū)時(shí)問(wèn)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(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)的死區(qū)時(shí)光，sc2463的死區(qū)時(shí)光約為100ns。q1一2的總損耗(pq1-2)是它的柵極損耗，傳導(dǎo)損耗，開(kāi)關(guān)損耗和寄生二極管傳導(dǎo)損耗的總和，即pq1-2=rq1-2_gate+pq1-2_d+pq1-2_s （11）以圖1為例，fds6898a上下端導(dǎo)通內(nèi)阻都是14

9、m,q，囫圇fds6898損耗為o 34w。場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)溫可由式(12)計(jì)算，即tj=ta+ja·ploss （12）從fds6898a手冊(cè)上可查到它最大的結(jié)溫至室溫?zé)嶙枋?8w(1a)，假1電源環(huán)境最高溫度是45，那么q1工作結(jié)溫(tq1j)為72(45+78×o.34)。這溫度遠(yuǎn)小于fds6898a 150的結(jié)溫限制。這里假設(shè)q1被挺直焊在2盎司銅層和1平方英寸面積的散熱焊盤上。假如需要更進(jìn)一步降低q1的結(jié)溫，可以增強(qiáng)pcb散熱焊盤面積或?qū)1套上外加的散熱器。另外，芯片到散熱焊盤的焊接，封裝芯片材料，熱接觸面，熱結(jié)合性能，可得到的有效散熱區(qū)域和環(huán)境空氣流淌情況(自然或

10、強(qiáng)制對(duì)流)都對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管晶片的溫升都有很大的關(guān)系。實(shí)際溫度的測(cè)量和驗(yàn)證是場(chǎng)效應(yīng)管熱沒(méi)計(jì)的關(guān)鍵。表1是場(chǎng)效應(yīng)管功率損耗的匯總。圖l中開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器另一路(12v12v3a)中的功率器件可用同樣方式來(lái)設(shè)計(jì)。3 pcb排板要點(diǎn)電源功率器件在pcb上的正確放置和走線將打算囫圇電源工作是否正常。設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)開(kāi)關(guān)電源功率器件上的電壓和電流的波形有一定的了解。圖3更進(jìn)一步顯示了一個(gè)降壓式開(kāi)關(guān)電源功率電路元器件上的電流和電壓波形。因?yàn)閺妮斎霝V波電容(gin)，上端場(chǎng)效應(yīng)管(q1)和下端場(chǎng)效應(yīng)管(q2)中所流過(guò)的電流是帶有高頻率和高峰值的溝通電流，所以要盡量減小由gin一q1一q2所形成的環(huán)路面積。同時(shí)由下端場(chǎng)效

11、應(yīng)管(o2)，電感(l)，和輸出濾波電容(cout)所組成的環(huán)路面積也要盡量減小。圖4是一個(gè)比較好的電源功率電路pcb走線。cin一q1-q2和q2-l一cout環(huán)路的面積已控制得最小。上端場(chǎng)效應(yīng)管(q1)的源極，下端場(chǎng)效應(yīng)管(q2)的漏極和輸出電感(l)之間的銜接點(diǎn)是一整塊銅片焊盤。因?yàn)樵撱暯狱c(diǎn)上的電壓是高頻電流，q1和q2和l需要靠得十分近。雖然輸出濾波電感(l)和輸出濾波電容(cout)之間的走線上沒(méi)有高峰值的高頻電流，但比較寬的走線可以降低直流阻抗的損耗使電源的效率得到提高。假如成本上允許，電源可用一面徹低是接地層的雙面pcb。但必需注重在地層上盡量避開(kāi)走功率和信號(hào)線。在電源的輸入和輸出端口還各增強(qiáng)了一個(gè)瓷片來(lái)充實(shí)電源的高頻濾波性能。參照文獻(xiàn)中研究過(guò)的要點(diǎn)，我們首先需要將銜接到功率地層的元器件和銜接到控制信號(hào)地層的元器件區(qū)別