MP1584 Понижающий преобразователь на 3 А, 1,5 МГц, 28 В
ОПИСАНИЕ
MP1584 представляет собой высокочастотный понижающий импульсный стабилизатор со встроенным внутренним мощным MOSFET-транзистором верхнего плеча. Он обеспечивает выходной ток 3 А и использует управление по токовому режиму для быстрой реакции контура и простой компенсации.
Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.
Широкий диапазон входных напряжений от 4,5 В до 28 В подходит для множества приложений понижения напряжения, включая устройства с питанием от автомобильной бортовой сети. Рабочий ток покоя, равный 100 мкА, позволяет использовать устройство в приложениях с батарейным питанием.
Высокая эффективность преобразования мощности в широком диапазоне нагрузок достигается за счет снижения частоты переключения при малой нагрузке для уменьшения потерь на переключение и управление затвором.
Снижение частоты помогает предотвратить неконтролируемый рост тока дросселя во время запуска, а тепловая защита обеспечивает надежную, отказоустойчивую работу.
Благодаря частоте переключения 1,5 МГц MP1584 способен предотвращать проблемы электромагнитных помех (EMI), например, в приложениях AM-радио и ADSL.
MP1584 выпускается в термоулучшенном корпусе SOIC8E.
ОСОБЕННОСТИ
- Широкий диапазон рабочих входных напряжений: от 4,5 В до 28 В
- Программируемая частота переключения от 100 кГц до 1,5 МГц
- Высокоэффективный режим пропуска импульсов при малой нагрузке
- Устойчивость при работе с керамическими конденсаторами
- Внутренний плавный пуск
- Внутренняя установка ограничения тока без резистора для измерения тока
- Выпускается в корпусе SOIC8E
ПРИМЕНЕНИЯ
- Высоковольтное преобразование мощности
- Автомобильные системы
- Промышленные системы питания
- Системы распределенного питания
- Системы с батарейным питанием
ТИПОВАЯ СХЕМА ПРИМЕНЕНИЯ
График КПД (fSW=500 кГц)
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ЗАКАЗА
| Номер изделия* | Корпус | Маркировка | Температура окружающей среды (TA) |
| MP1584EN | SOIC8E | MP1584EN | от –20 °C до +85 °C |
* Для упаковки «лента на катушке» добавьте суффикс –Z (например, MP1584EN–Z);
Для упаковки, соответствующей RoHS, добавьте суффикс –LF (например, MP1584EN–LF–Z).
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания (VIN) | от –0,3 В до +30 В |
| Напряжение на выводе переключения (VSW) | от –0,3 В до VIN + 0,3 В |
| Напряжение BST относительно SW | от –0,3 В до +6 В |
| Все остальные выводы | от –0,3 В до +6 В |
| Длительная рассеиваемая мощность (TA = +25 °C) | 2,5 Вт |
| Температура перехода | 150 °C |
| Температура выводов | 260 °C |
| Температура хранения | от –65 °C до +150 °C |
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания VIN | от 4,5 В до 28 В |
| Выходное напряжение VOUT | от 0,8 В до 25 В |
| Рабочая температура перехода (TJ) | от –20 °C до +125 °C |
| Кристалл–окружающая среда θJA | 50 °C/Вт |
| Кристалл–корпус θJC | 10 °C/Вт |
Максимально допустимая рассеиваемая мощность зависит от максимальной температуры перехода TJ(MAX), теплового сопротивления «кристалл–окружающая среда» θJA и температуры окружающей среды TA. Максимально допустимая длительная рассеиваемая мощность при любой температуре окружающей среды рассчитывается по формуле: PD(MAX) = (TJ(MAX) – TA) / θJA. Превышение максимально допустимой рассеиваемой мощности приведёт к чрезмерному повышению температуры кристалла, и стабилизатор перейдёт в режим тепловой защиты. Внутренняя схема тепловой защиты предохраняет устройство от необратимого повреждения. Работа устройства за пределами указанных рабочих условий не гарантируется. Измерено на 4-слойной печатной плате в соответствии с JESD51-7.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
VIN = 12 В, VEN = 2,5 В, VCOMP = 1,4 В, TA = +25 °C, если не указано иное.
| Параметр | Обозначение | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. |
| Напряжение обратной связи | VFB | 4,5 В < VIN < 28 В | 0,776 | 0,8 | 0,824 | В |
| Сопротивление верхнего ключа в открытом состоянии | RDS(ON) | VBST – VSW = 5 В | 150 | мОм | ||
| Ток утечки верхнего ключа | VEN = 0 В, VSW = 0 В, VIN = 28 В | 1 | мкА | |||
| Порог ограничения тока | 4,0 | 4,7 | А | |||
| Крутизна преобразования COMP в ток датчика | GCS | 9 | А/В | |||
| Коэффициент усиления усилителя ошибки по напряжению | 200 | В/В | ||||
| Крутизна усилителя ошибки | ICOMP = ±3 мкА | 40 | 60 | 80 | мкА/В | |
| Минимальный вытекающий ток усилителя ошибки | VFB = 0,7 В | 5 | мкА | |||
| Минимальный втекающий ток усилителя ошибки | VFB = 0,9 В | –5 | мкА | |||
| Порог срабатывания UVLO по VIN | 2,7 | 3,0 | 3,3 | В | ||
| Гистерезис UVLO по VIN | 0,35 | В | ||||
| Время плавного пуска | 0 В < VFB < 0,8 В | 1,5 | мс | |||
| Частота генератора | RFREQ = 100 кОм | 900 | кГц | |||
| Ток потребления в режиме отключения | VEN = 0 В | 12 | 20 | мкА | ||
| Ток потребления в режиме покоя | Без нагрузки, VFB = 0,9 В | 100 | 125 | мкА | ||
| Порог тепловой защиты | 150 | °C | ||||
| Гистерезис тепловой защиты | 15 | °C | ||||
| Минимальное время выключения (5) | 100 | нс | ||||
| Минимальное время включения (5) | 100 | нс | ||||
| Верхний порог EN | 1,35 | 1,5 | 1,65 | В | ||
| Гистерезис EN | 300 | мВ |
СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ПО КОРПУСУ
НАЗНАЧЕНИЕ ВЫВОДОВ
| № выв. SOIC | Название | Описание |
| 1 | SW | Узел переключения. Выход верхнего силового ключа. Требуется диод Шоттки с малым прямым падением на землю. Диод должен располагаться как можно ближе к выводам SW для уменьшения выбросов при переключении. |
| 2 | EN | Вход разрешения. Подача на этот вывод напряжения ниже указанного порога отключает микросхему. Подача напряжения выше указанного порога или оставление вывода неподключенным разрешает работу микросхемы. |
| 3 | COMP | Компенсация. Выход усилителя ошибки. К этому выводу подключаются цепи частотной коррекции контура управления. |
| 4 | FB | Обратная связь. Вход усилителя ошибки. Выходное напряжение задаётся резистивным делителем, подключенным между выходом и GND, который масштабирует VOUT до уровня внутреннего источника опорного напряжения +0,8 В. |
| 5 | GND, тепло-отводящая площадка | Земля. Должна подключаться как можно ближе к выходному конденсатору для сокращения сильноточных путей переключения. Для оптимальной теплопередачи соедините теплоотводящую площадку с полигоном земли. |
| 6 | FREQ | Вход программирования частоты переключения. Подключите резистор от этого вывода к земле для установки частоты переключения. |
| 7 | VIN | Вход питания. Подаёт питание на все внутренние цепи управления, оба стабилизатора BS и верхний силовой ключ. Развязывающий конденсатор на землю должен быть размещён как можно ближе к этому выводу для минимизации выбросов при переключении. |
| 8 | BST | Вольтодобавка. Положительное питание для внутреннего драйвера «плавающего» верхнего MOSFET-транзистора. Подключите развязывающий конденсатор между этим выводом и выводом SW. |
ТИПОВЫЕ РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
VIN = 12 В, VOUT = 5 В, C1 = 10 пФ, C2 = 22 пФ, L1 = 10 мкГн, TA = +25 °C, если не указано иное.
Частота генерации в зависимости от Rfreq
Установившийся режим, IOUT = 0,1 А, fSW = 500 кГц
Установившийся режим, IOUT = 1 А, fSW = 500 кГц
Установившийся режим, IOUT = 2 А, fSW = 500 кГц
VIN = 12 В, C1 = 10 пФ, C2 = 22 пФ, L1 = 10 мкГн, fSW = 500 кГц, TA = +25 °C, если не указано иное.
Запуск, IOUT = 0,1 А
Отключение, IOUT = 0,1 А
Запуск, IOUT = 1 А
Отключение, IOUT = 1 А
Запуск, IOUT = 2 А
Отключение, IOUT = 2 А
Вход в режим короткого замыкания, IOUT = 0,1 А до КЗ
Восстановление после короткого замыкания, IOUT = КЗ до 0,1 А
БЛОК-СХЕМА
Рисунок 1 — Функциональная блок-схема
ПРИНЦИП РАБОТЫ
MP1584 представляет собой несинхронный понижающий импульсный стабилизатор с переменной частотой и встроенным высоковольтным силовым MOSFET-транзистором верхнего плеча. Он обеспечивает высокоэффективное решение с управлением по токовому режиму для быстрой реакции контура и простой компенсации. Устройство отличается широким диапазоном входных напряжений, внутренним управлением плавным пуском и прецизионным ограничением тока. Очень низкий рабочий ток покоя делает его пригодным для приложений с батарейным питанием.
ШИМ-управление
При средних и высоких выходных токах MP1584 работает в режиме управления по пиковому току с фиксированной частотой для регулирования выходного напряжения. Цикл ШИМ инициируется внутренним тактовым генератором. Силовой MOSFET-транзистор включается и остаётся открытым до тех пор, пока его ток не достигнет значения, заданного напряжением на выводе COMP. Когда силовой ключ выключен, он остаётся закрытым в течение как минимум 100 нс до начала следующего цикла. Если за один период ШИМ ток в силовом MOSFET-транзисторе не достигает значения тока, заданного COMP, силовой MOSFET остаётся открытым, что исключает операцию выключения.
УСИЛИТЕЛЬ ОШИБКИ
Усилитель ошибки сравнивает напряжение на выводе FB с внутренним опорным напряжением (REF) и выдаёт выходной ток, пропорциональный разнице между ними. Затем этот выходной ток используется для заряда внешней цепи компенсации, формируя напряжение COMP, которое управляет током силового MOSFET-транзистора.
Во время работы минимальное напряжение COMP фиксируется на уровне 0,9 В, а максимальное — на уровне 2,0 В. В режиме отключения COMP внутренне подтягивается к GND. Не следует подавать на COMP напряжение выше 2,6 В.
ВНУТРЕННИЙ СТАБИЛИЗАТОР
Большинство внутренних цепей питаются от внутреннего стабилизатора на 2,6 В. Этот стабилизатор получает питание от входа VIN и работает во всём диапазоне VIN. Когда VIN превышает 3,0 В, выход стабилизатора полностью отрегулирован. Когда VIN ниже 3,0 В, выходное напряжение снижается.
УПРАВЛЕНИЕ РАЗРЕШЕНИЕМ (ENABLE)
MP1584 имеет специальный вывод управления разрешением (EN). При достаточно высоком входном напряжении микросхема может быть включена и отключена с помощью вывода EN, который имеет положительную логику. Его порог отпускания составляет прецизионные 1,2 В, а порог срабатывания — 1,5 В (на 300 мВ выше).
Когда вывод EN не подключен, он подтягивается примерно до 3,0 В внутренним источником тока 1 мкА, поэтому микросхема разрешена. Для перевода EN в низкий уровень требуется способность отвести ток 1 мкА.
Когда напряжение на EN опускается ниже 1,2 В, микросхема переводится в режим с наименьшим током отключения. Когда EN выше нуля, но ниже своего порога срабатывания, микросхема всё ещё находится в режиме отключения, но ток отключения увеличивается.
БЛОКИРОВКА ПРИ ПОНИЖЕННОМ НАПРЯЖЕНИИ (UVLO)
Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) реализована для защиты микросхемы от работы при недостаточном напряжении питания. Порог срабатывания UVLO составляет около 3,0 В, а порог отпускания — стабильные 2,6 В.
ВНУТРЕННИЙ ПЛАВНЫЙ ПУСК
Плавный пуск реализован для предотвращения выброса выходного напряжения преобразователя во время запуска. При запуске микросхемы внутренняя схема генерирует напряжение плавного пуска (SS), нарастающее от 0 В до 2,6 В. Когда оно ниже внутреннего опорного напряжения (REF), SS переопределяет REF, так что усилитель ошибки использует SS в качестве опорного. Когда SS становится выше REF, REF восстанавливает управление.
ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА
Тепловая защита реализована для предотвращения работы микросхемы при чрезмерно высоких температурах. Когда температура кремниевого кристалла превышает верхний порог, вся микросхема отключается. Когда температура опускается ниже нижнего порога, микросхема снова включается.
«ПЛАВАЮЩИЙ» ДРАЙВЕР И ЗАРЯД ВОЛЬТОДОБАВКИ
Питание драйвера «плавающего» силового MOSFET-транзистора осуществляется от внешнего конденсатора вольтодобавки. Этот «плавающий» драйвер имеет собственную защиту UVLO. Порог срабатывания этого UVLO составляет 2,2 В с гистерезисом 150 мВ.
Питание драйвера «плавающего» силового MOSFET-транзистора осуществляется от внешнего конденсатора вольтодобавки. Этот «плавающий» драйвер имеет собственную защиту UVLO. Порог срабатывания этого UVLO составляет 2,2 В с гистерезисом 150 мВ.
Конденсатор вольтодобавки заряжается и стабилизируется на уровне примерно 5 В специальным внутренним стабилизатором вольтодобавки. Когда напряжение между узлами BST и SW опускается ниже уровня стабилизации, открывается проходной PMOS-транзистор, подключенный между VIN и BST. Путь зарядного тока проходит от VIN к BST и затем к SW. Внешняя схема должна обеспечивать достаточный запас по напряжению для облегчения заряда.
До тех пор, пока VIN значительно выше SW, конденсатор вольтодобавки может заряжаться. Когда силовой MOSFET открыт, VIN примерно равен SW, поэтому конденсатор вольтодобавки не может заряжаться. Когда внешний диод открыт, разница между VIN и SW максимальна, что делает этот период наилучшим для заряда. При отсутствии тока в дросселе SW равен выходному напряжению VOUT, поэтому разница между VIN и VOUT может использоваться для заряда конденсатора вольтодобавки.
При работе с большим коэффициентом заполнения время, доступное для заряда конденсатора вольтодобавки, сокращается, поэтому он может заряжаться недостаточно.
В случае, если внутренняя схема не имеет достаточного напряжения и конденсатор вольтодобавки не заряжен, можно использовать дополнительные внешние цепи, чтобы гарантировать нахождение напряжения вольтодобавки в нормальном рабочем диапазоне. См. раздел «Внешний диод вольтодобавки» в разделе «Применение».
Постоянный ток покоя «плавающего» драйвера составляет около 20 мкА. Убедитесь, что ток утечки в узле SW выше этого значения, так чтобы:
КОМПАРАТОР ТОКА И ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА
Ток силового MOSFET-транзистора точно измеряется с помощью токоизмерительного MOSFET-транзистора. Затем он подаётся на быстродействующий компаратор тока для целей управления по токовому режиму. Компаратор тока принимает этот измеренный ток в качестве одного из своих входов. Когда силовой MOSFET включается, компаратор сначала блокируется до окончания переходного процесса включения, чтобы избежать проблем с шумом. Затем компаратор сравнивает ток силового ключа с напряжением COMP. Когда измеренный ток становится выше напряжения COMP, на выходе компаратора устанавливается низкий уровень, выключая силовой MOSFET. Максимальный ток внутреннего силового MOSFET в каждом цикле внутренне ограничен.
ЗАПУСК И ОТКЛЮЧЕНИЕ
Если и VIN, и EN превышают соответствующие пороги, микросхема запускается. Сначала запускается блок опорного напряжения, генерируя стабильные опорные напряжения и токи, затем разрешается работа внутреннего стабилизатора. Стабилизатор обеспечивает стабильное питание для остальных цепей.
Пока внутренняя шина питания нарастает, внутренний таймер удерживает силовой MOSFET в выключенном состоянии в течение примерно 50 мкс, чтобы подавить помехи запуска. Когда блок внутреннего плавного пуска разрешён, он сначала удерживает свой выход SS на низком уровне, чтобы убедиться в готовности остальных цепей, а затем медленно наращивает напряжение.
Три события могут отключить микросхему: низкий уровень EN, низкий уровень VIN и тепловая защита. При отключении силовой MOSFET сначала выключается, чтобы избежать любого ложного срабатывания. Затем напряжение COMP и внутренняя шина питания сбрасываются.
ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ГЕНЕРАТОР
Частота генерации MP1584 задаётся внешним резистором Rfreq, подключенным от вывода FREQ к земле. Значение Rfreq можно рассчитать по формуле:
ПРИМЕНЕНИЕ
ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ
Установка выходного напряжения
Выходное напряжение задаётся с помощью резистивного делителя напряжения от выхода к выводу FB. Делитель напряжения делит выходное напряжение до напряжения обратной связи с коэффициентом:
Таким образом, выходное напряжение равно:
Около 20 мкА тока от верхней цепи BS может присутствовать на выходе, когда MP1584 работает без нагрузки. Чтобы поглотить этот небольшой ток, сохраняйте R2 ниже 40 кОм. Типовое значение для R2 может составлять 40,2 кОм. При этом значении R1 можно определить по формуле:
Например, для выходного напряжения 3,3 В R2 = 40,2 кОм, а R1 = 127 кОм.
Дроссель
Дроссель необходим для подачи постоянного тока в выходную нагрузку при питании от переключаемого входного напряжения. Дроссель большей величины обеспечит меньший ток пульсаций, что приведёт к меньшему выходному напряжению пульсаций. Однако дроссель большей величины будет иметь больший физический размер, более высокое последовательное сопротивление и/или меньший ток насыщения.
Хорошее практическое правило для определения используемой индуктивности — допустить, чтобы размах тока пульсаций в дросселе составлял приблизительно 30% от максимального предела тока ключа. Также убедитесь, что пиковый ток дросселя ниже максимального предела тока ключа. Значение индуктивности можно рассчитать по формуле:
где VOUT — выходное напряжение, VIN — входное напряжение, fS — частота переключения, а ΔIL — размах тока пульсаций дросселя.
Выбирайте дроссель, который не будет насыщаться при максимальном пиковом токе дросселя. Пиковый ток дросселя можно рассчитать по формуле:
где ILOAD — ток нагрузки.
В Таблице 1 перечислен ряд подходящих дросселей от различных производителей. Выбор типа используемого дросселя в основном зависит от требований к цене, размеру и любых требований к ЭМС.
Таблица 1 — Руководство по выбору дросселя
| Номер изделия | Индуктивность (мкГн) | Макс. DCR (Ом) | Номинальный ток (А) | Размеры Д x Ш x В (мм³) |
| Wurth Electronics | ||||
| 7447789003 | 3,3 | 0,024 | 3,42 | 7,3×7,3×3,2 |
| 744066100 | 10 | 0,035 | 3,6 | 10x10x3,8 |
| 744771115 | 15 | 0,025 | 3,75 | 12x12x6 |
| 744771122 | 22 | 0,031 | 3,37 | 12x12x6 |
| TDK | ||||
| RLF7030T-3R3 | 3,3 | 0,02 | 4,1 | 7,3×6,8×3,2 |
| RLF7030T-4R7 | 4,7 | 0,031 | 3,4 | 7,3×6,8×3,2 |
| SLF10145T-100 | 10 | 0,0364 | 3 | 10,1×10,1×4,5 |
| SLF12565T-220M3R5 | 22 | 0,0316 | 3,5 | 12,5×12,5×6,5 |
| Toko | ||||
| FDV0630-3R3M | 3,3 | 0,031 | 4,3 | 7,7x7x3 |
| FDV0630-4R7M | 4,7 | 0,049 | 3,3 | 7,7x7x3 |
| 919AS-100M | 10 | 0,0265 | 4,3 | 10,3×10,3×4,5 |
| 919AS-160M | 16 | 0,0492 | 3,3 | 10,3×10,3×4,5 |
| 919AS-220M | 22 | 0,0776 | 3 | 10,3×10,3×4,5 |
Выходной выпрямительный диод
Выходной выпрямительный диод подаёт ток в дроссель, когда верхний ключ выключен. Для уменьшения потерь из-за прямого напряжения и времени восстановления диода используйте диод Шоттки.
Выбирайте диод, чьё максимальное номинальное обратное напряжение больше максимального входного напряжения, а номинальный ток больше максимального тока нагрузки. В Таблице 2 перечислены примеры диодов Шоттки и их производители.
Таблица 2 — Руководство по выбору диода
| Диоды | Номинальное напряжение/ток | Производитель |
| B340A-13-F | 40 В, 3 А | Diodes Inc. |
| CMSH3-40MA | 40 В, 3 А | Central Semi |
Входной конденсатор
Входной ток понижающего преобразователя является прерывистым, поэтому для подачи переменного тока в понижающий преобразователь при поддержании постоянного входного напряжения требуется конденсатор. Для достижения наилучших характеристик используйте конденсаторы с низким ESR. Предпочтительны керамические конденсаторы, но также могут подойти танталовые или электролитические конденсаторы с низким ESR.
Для упрощения выбирайте входной конденсатор с номинальным среднеквадратичным током, превышающим половину максимального тока нагрузки.
Входной конденсатор (C1) может быть электролитическим, танталовым или керамическим. При использовании электролитических или танталовых конденсаторов небольшой высококачественный керамический конденсатор, например, 0,1 мкФ, следует размещать как можно ближе к ИС. При использовании керамических конденсаторов убедитесь, что у них достаточно ёмкости для обеспечения достаточного заряда и предотвращения чрезмерных пульсаций напряжения на входе. Пульсации входного напряжения, вызванные ёмкостью, можно оценить по формуле:
Выходной конденсатор
Выходной конденсатор (C2) необходим для поддержания постоянного выходного напряжения. Рекомендуются керамические, танталовые или электролитические конденсаторы с низким ESR. Для поддержания низкого уровня пульсаций выходного напряжения предпочтительны конденсаторы с низким ESR. Пульсации выходного напряжения можно оценить по формуле:
где L — значение индуктивности, а RESR — значение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) выходного конденсатора.
В случае керамических конденсаторов импеданс на частоте переключения определяется ёмкостью. Пульсации выходного напряжения в основном вызваны ёмкостью. Для упрощения пульсации выходного напряжения можно оценить по формуле:
В случае танталовых или электролитических конденсаторов ESR доминирует в импедансе на частоте переключения. Для упрощения выходные пульсации можно аппроксимировать как:
Характеристики выходного конденсатора также влияют на стабильность системы регулирования. MP1584 может быть оптимизирован для широкого диапазона значений ёмкости и ESR.
Компоненты компенсации
MP1584 использует управление по токовому режиму для простой компенсации и быстрой переходной характеристики. Стабильность системы и переходная характеристика регулируются через вывод COMP. Вывод COMP является выходом внутреннего усилителя ошибки. Последовательная комбинация конденсатор-резистор задаёт комбинацию полюс-ноль для управления характеристиками системы управления. Коэффициент усиления по постоянному току петли обратной связи по напряжению определяется по формуле:
где AVEA — коэффициент усиления усилителя ошибки по напряжению, 200 В/В; GCS — крутизна преобразования тока датчика, 9 А/В; RLOAD — сопротивление нагрузки.
Система имеет два важных полюса. Один обусловлен компенсационным конденсатором (C3) и выходным сопротивлением усилителя ошибки. Другой обусловлен выходным конденсатором и сопротивлением нагрузки. Эти полюса расположены на частотах:
где GEA — крутизна усилителя ошибки, 60 мкА/В.
Система имеет один важный ноль, обусловленный компенсационным конденсатором (C3) и компенсационным резистором (R3). Этот ноль расположен на частоте:
Система может иметь ещё один важный ноль, если выходной конденсатор имеет большую ёмкость и/или высокое значение ESR. Ноль, обусловленный ESR и ёмкостью выходного конденсатора, расположен на частоте:
Характеристики выходного конденсатора также влияют на стабильность системы регулирования. MP1584 может быть оптимизирован для широкого диапазона значений ёмкости и ESR.
В этом случае (как показано на Рисунке 2) используется третий полюс, задаваемый компенсационным конденсатором (C6) и компенсационным резистором (R3), для компенсации влияния нуля ESR на усиление контура. Этот полюс расположен на частоте:
Цель проектирования компенсации — сформировать передаточную функцию преобразователя для получения желаемого усиления контура. Важна частота среза системы, на которой петля обратной связи имеет единичное усиление. Более низкие частоты среза приводят к более медленным переходным характеристикам по нагрузке и по входу, в то время как более высокие частоты среза могут вызвать нестабильность системы. Хорошее эмпирическое правило — устанавливать частоту среза приблизительно равной одной десятой частоты переключения. В Таблице 3 перечислены типовые значения компонентов компенсации для некоторых стандартных выходных напряжений с различными выходными конденсаторами и дросселями. Значения компонентов компенсации были оптимизированы для быстрых переходных характеристик и хорошей стабильности в заданных условиях.
Таблица 3 — Значения компенсации для типовых комбинаций выходного напряжения и конденсатора
| VOUT (В) | L (мкГн) | C2 (мкФ) | R3 (кОм) | C3 (пФ) | C6 |
| 1,8 | 4,7 | 47 | 105 | 100 | Нет |
| 2,5 | 4,7–6,8 | 22 | 54,9 | 220 | Нет |
| 3,3 | 6,8–10 | 22 | 68,1 | 220 | Нет |
| 5 | 15–22 | 22 | 100 | 150 | Нет |
| 12 | 22–33 | 22 | 147 | 150 | Нет |
Для оптимизации компонентов компенсации для условий, не перечисленных в Таблице 3, можно использовать следующую процедуру.
Выберите компенсационный резистор (R3), чтобы установить желаемую частоту среза. Определите значение R3 по следующей формуле:
где fC — желаемая частота среза.
Выберите компенсационный конденсатор (C3) для достижения желаемого запаса по фазе. Для приложений с типовыми значениями индуктивности установка компенсационного нуля fZ1 ниже одной четверти частоты среза обеспечивает достаточный запас по фазе. Определите значение C3 по следующей формуле:
Определите, требуется ли второй компенсационный конденсатор (C6). Он требуется, если ноль ESR выходного конденсатора расположен на частоте менее половины частоты переключения, или выполняется следующее соотношение:
Если это так, то добавьте второй компенсационный конденсатор (C6), чтобы установить полюс fP3 на частоте нуля ESR. Определите значение C6 по формуле:
Высокочастотная работа
Частота переключения MP1584 может быть запрограммирована до 1,5 МГц с помощью внешнего резистора.
При более высоких частотах переключения индуктивное сопротивление (XL) конденсатора становится доминирующим, так что ESL входного/выходного конденсатора определяет пульсации входного/выходного напряжения на более высокой частоте переключения. Вследствие этого для работы на таких высоких частотах настоятельно рекомендуется использовать высокочастотный керамический конденсатор в качестве входного развязывающего и выходного фильтрующего конденсатора.
Топология печатной платы становится более важной, когда устройство переключается на более высокой частоте. Крайне важно размещать входной развязывающий конденсатор, диод обратного хода и MP1584 (выводы Vin, SW и PGND) как можно ближе друг к другу с очень короткими и достаточно широкими дорожками. Это может помочь значительно уменьшить выброс напряжения на узле SW, а также снизить уровень электромагнитных помех.
Старайтесь прокладывать дорожку обратной связи как можно дальше от дросселя и зашумлённых силовых дорожек. Часто хорошей идеей является прокладка дорожки обратной связи на стороне печатной платы, противоположной дросселю, с разделяющим их слоем земли. Компоненты компенсации следует размещать близко к MP1584. Не размещайте компоненты компенсации близко к или под узлом SW с высокой dv/dt или внутри силового контура с высокой di/dt. Если это необходимо сделать, то для их изоляции должен быть предусмотрен надлежащий слой земли. Ожидается, что потери на переключение возрастут на высокой частоте переключения. Для улучшения теплопроводности можно создать сетку тепловых переходных отверстий непосредственно под теплоотводящей площадкой. Рекомендуется, чтобы они были малого диаметра (15 мил = 0,38 мм), чтобы отверстие, по существу, заполнялось в процессе гальванического покрытия, способствуя тем самым теплопередаче на другую сторону. Слишком большое отверстие может вызвать проблемы «впитывания припоя» во время пайки оплавлением. Шаг (расстояние между центрами) нескольких таких тепловых отверстий в области обычно составляет 40 мил (1,016 мм).
Внешний диод вольтодобавки
Рекомендуется добавлять внешний диод вольтодобавки, когда входное напряжение не превышает 5 В или в системе доступна шина 5 В. Это помогает повысить эффективность стабилизатора. Диодом вольтодобавки может быть недорогой диод, такой как 1N4148 или BAT54.
Рисунок 2 — Внешний диод вольтодобавки
Этот диод также рекомендуется для приложений с большим коэффициентом заполнения (когда VOUT/VIN > 65%) или с низким VIN (< 5 VIN).
При отсутствии нагрузки или малой нагрузке преобразователь может работать в режиме пропуска импульсов для поддержания выходного напряжения в заданных пределах. Таким образом, времени для обновления напряжения BS меньше. Чтобы иметь достаточное напряжение на затворе при таких условиях работы, разность VIN – VOUT должна быть больше 3 В. Например, если VOUT установлено на 3,3 В, VIN должно быть больше 3,3 В + 3 В = 6,3 В для поддержания достаточного напряжения BS при отсутствии или малой нагрузке. Чтобы выполнить это требование, можно использовать вывод EN для программирования входного напряжения UVLO на уровне Vout + 3 В.
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Рисунок 3 — Типовая схема применения для выходного напряжения 1,8 В
Рисунок 4 — Типовая схема применения для выходного напряжения 5 В
РУКОВОДСТВО ПО ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Топология печатной платы очень важна для достижения стабильной работы. Для оптимальной производительности настоятельно рекомендуется копировать топологию оценочной платы (EVB).
Если изменения необходимы, следуйте данным рекомендациям и используйте Рисунок 5 для справки.
- Делайте путь тока переключения коротким и минимизируйте площадь контура, образованного входным конденсатором, MOSFET-транзистором верхнего плеча и внешним переключающим диодом.
- Развязывающие керамические конденсаторы рекомендуется размещать близко к выводу VIN.
- Обеспечьте короткие и прямые соединения обратной связи. Размещайте резисторы обратной связи и компоненты компенсации как можно ближе к микросхеме.
- Прокладывайте дорожку SW вдали от чувствительных аналоговых областей, таких как FB.
- Подключайте IN, SW и особенно GND соответственно к большой медной области для охлаждения микросхемы, чтобы улучшить тепловые характеристики и долговременную надёжность.
Типовая схема применения MP1584
Верхний слой
Нижний слой
Рисунок 5 — Типовая схема применения MP1584 и руководство по топологии печатной платы
ИНФОРМАЦИЯ О КОРПУСЕ
SOIC8E (С ТЕПЛООТВОДЯЩЕЙ ПЛОЩАДКОЙ)
ВИД СВЕРХУ
ВИД СНИЗУ
ВИД СБОКУ
ВИД СПЕРЕДИ
ДЕТАЛЬ «A»
РЕКОМЕНДУЕМОЕ ПОСАДОЧНЫЙ МЕСТО
ПРИМЕЧАНИЕ:
- Контролируемый размер в дюймах. Размер в скобках в миллиметрах.
- Длина корпуса не включает облой, выступы или заусенцы на выводах.
- Ширина корпуса не включает облой или выступы между выводами.
- Плоскостность выводов (нижняя часть выводов после формовки) не должна превышать 0,004 дюйма.
- Чертёж соответствует JEDEC MS-012, вариант BA.
- Чертёж выполнен не в масштабе.
Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБОВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ