一種多路輸出開關(guān)電源控制器

SC2463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)。 

l 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?？蛇x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(Po1-1G

ATE)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。

Q1一2的總損耗(PQ1-2)是它的柵極損耗，傳導(dǎo)損耗，開關(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，F(xiàn)DS6898A上下端導(dǎo)通內(nèi)阻都是14m,．q，整個FDS6898損耗為O 34w。

場效應(yīng)管的結(jié)溫可由式(12)計算，即

TJ=TA+θJA