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換控制器。它可以被配置用在不同的電源管理應用中，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，電腦調制解調器電源，基站電源，通用的多路輸出電壓的電源系統。 

l 描述

SC2463提供了4．5V至30V的寬輸入電壓范圍，兩個(gè)可設置達700 kHz開(kāi)關(guān)頻率的開(kāi)關(guān)轉換器，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(gè)正輸出電壓線(xiàn)性調節器。芯片TSS0P一28小封裝極大地減小了線(xiàn)路板面積。

SC2463兩個(gè)異相降壓開(kāi)關(guān)轉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(kāi)關(guān)頻率可以減少輸出電壓紋波并且降低噪音，同時(shí)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(dòng)，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為芯片內部振蕩器、開(kāi)關(guān)、低差壓穩壓器和電源正常電路提供偏置電壓。PVCC用來(lái)驅動(dòng)低端場(chǎng)效應管。當VIN高于14V時(shí)，需串聯(lián)一個(gè)1100kΩ的電阻或一個(gè)外部PNP晶體管作為線(xiàn)性調節器，給AVCC和PVCC提供偏置電壓。SC2463利用一個(gè)內部電流源和一個(gè)連在ILIM和AGND之間的外部電阻來(lái)調節通過(guò)場(chǎng)效應管的電流限流值。

如圖2所示，SC2463啟動(dòng)時(shí)由一個(gè)5μA電流源給軟啟動(dòng)管腳SS充電。當管腳SS電壓達到O．5 V時(shí)，第一個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器開(kāi)始啟動(dòng)，誤差放大器的參考電壓隨軟啟動(dòng)信號開(kāi)始上升。當管腳ss電壓達到3 V時(shí)．將立刻被下拉到大約0 7V，此時(shí)第二個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器開(kāi)始按照第一開(kāi)關(guān)轉換器的形式進(jìn)行軟啟動(dòng)。當管腳SS電壓第二次到達3V時(shí)，便會(huì )被第二次下拉至大約O．7V，此時(shí)兩個(gè)正向LD0被啟動(dòng)。正向LDO的參考電壓隨管腳SS電壓開(kāi)始上升。管腳SS將會(huì )上拉至電源電壓AVCC。此時(shí)間由管腳SS上的軟啟動(dòng)電容值(C5)來(lái)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(lái)監測開(kāi)關(guān)轉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(huì )被拉低，并且保持低態(tài)直到啟動(dòng)結束。低端柵極驅動(dòng)器由PVCC供電并提供1A的峰值電流。高端柵極驅動(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)轉換器的上端場(chǎng)效應管驅動(dòng)電壓(GDIH)。波形C是二個(gè)開(kāi)關(guān)轉換器的上端場(chǎng)效應管驅動(dòng)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(xiàn)性穩壓的2 6V和1．8V輸出電壓最后建立。

2 電源設計要點(diǎn)

降壓式開(kāi)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(chǎng)效應管所組成。

2.1 電感設計

輸出電感的選擇及設計是基于輸出DC電壓的穩態(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(guò)程中改變電感電流的時(shí)間會(huì )加長(cháng)。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(xiàn)電阻損耗會(huì )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(kāi)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(lái)的電感值是12．5 μH?？蛇x用市場(chǎng)上很容易采購到的15 μH／5 A表面貼裝電感。

2．2 輸出電容 輸出電容應按照輸出電壓紋波和負載動(dòng)態(tài)變化要求來(lái)選擇。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(mǎn)足輸出電壓紋波要求，輸出電容等效串聯(lián)電阻(ESR)必須滿(mǎn)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(lái)的RESR值是100mΩ。在本例中采用了一個(gè)RESR為100 mΩ，電容量為100μF鉭電容。

2.3 功率場(chǎng)效應管

場(chǎng)效應管是通過(guò)它的內阻(RDSON)，柵極電容及電荷(θg)，和封裝熱阻(θJA)這3個(gè)參數來(lái)選擇的。利用SC24631A內置驅動(dòng)器，一個(gè)柵極電荷為25 nC的場(chǎng)效應管(FDS6898A)會(huì )產(chǎn)生大約25 ns的開(kāi)關(guān)升／降時(shí)間(ts=25 nC／lA)，將在上端場(chǎng)效應管開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗(RQ1-1S)

PQ1-S=IoVINtsfs　　　　　　　　　　　　　　　　 （3）

上端場(chǎng)效應管(Q1一1)的柵極損耗(Po1-1G

ATE)近似為

PQ1-1_GATE≈QGVINfs　　　　　　　　　　　　　　 （4）

上端場(chǎng)效應管在導通時(shí)的損耗為

PQ1-1_c=I20RDSOND　　　　　　　　　　　　　　　　 （5）

上端場(chǎng)效應管總損耗(PQ1-1)足它的柵極損耗，傳導損耗，和開(kāi)關(guān)損耗的總和，即

PQ1-1=PQ1-1_GATE+；Q1-1_c+PQ1-1_s　　　　　　　　 （6）

由于在上端和下端場(chǎng)效應管之間無(wú)重疊傳導，下端場(chǎng)效應管漏極和源極之間的寄生二極管總是在下端場(chǎng)效應管導通之前導通。下端場(chǎng)效應管導通電壓儀為一個(gè)在漏極和源極之間二極管的電壓(VSD=0.7V)。此下端場(chǎng)效應管開(kāi)關(guān)損耗為

Q1-2_=tsIOUTVSDfs　　　　　　　　　　　　　　　　 （7）

下端場(chǎng)效應管的柵極損耗(PQ1-2GATE)也可由式(8)近似得到，即

PQI-2_ (GATE≈QGVOMfs　　　　　　　　　　　　　　 （8）

下端場(chǎng)效應管在導通時(shí)的損耗為

PQ1-2c=I2ORDSON(1一D)　　　　　　　　　　　　　　 （9）

在死區時(shí)問(wèn)內Q1-2的損耗是在它寄生二極管上的傳導損耗(PQ1-2D)，即

PQI-2=VSDfsIOUTtDEAD　　　　　　　　　　　　　　 （10） 式中：tDEAD是電源控制芯片上下端場(chǎng)效應管驅動(dòng)的死區時(shí)間，SC2463的死區時(shí)間約為100ns。

Q1一2的總損耗(PQ1-2)是它的柵極損耗，傳導損耗，開(kāi)關(guān)損耗和寄生二極管傳導損耗的總和，即

PQ1-2=RQ1-2_GATE+PQ1-2_D+PQ1-2_S　　　　　　　　 （11）

以圖1為例，FDS6898A上下端導通內阻都是14m,．q，整個(gè)FDS6898損耗為O 34w。

場(chǎng)效應管的結溫可由式(12)計算，即

TJ=TA+θJA