基于HIP6004E的降壓型DC/DC變換器的設計

1 引言

HIP6004E是降壓型同步整流PWM控制器和輸出電壓監控器，它在一個(gè)很小的封裝（SOIC-20或TSSOP-20）內集成了PWM控制，輸出電壓調節，電壓監視和過(guò)壓、過(guò)流保護等功能，可在DC 1.050～1.825V范圍內，以25mV的增量精確調節輸出電壓。另外，它還具有軟啟動(dòng)，工作頻率寬范圍可調，遙控開(kāi)關(guān)機，快速的動(dòng)態(tài)響應，輸出功率大，電壓穩定度好等特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使HIP6004E可以廣泛應用于高性能微處理器供電（如Pentium Ⅲ和其它微處理器）和高功率DC/DC變換器及低電壓分布式供電系統中。

2 HIP6004E引腳功能和工作原理

2.1 引腳功能

HIP6004E引腳排列如圖1所示。

圖1 引腳排列

各引腳功能如下：

腳1（VSEN） 電壓檢測腳，連接到變換器的輸出電壓端，PGOOD和OVP信號，利用該信號來(lái)檢測輸出電壓的狀態(tài)和進(jìn)行過(guò)壓保護；

腳2（OCSET） 過(guò)流設定腳，用來(lái)設定過(guò)流保護值；

腳3（SS） soft start，從該腳連接一個(gè)電容到地，設定變換器的軟啟動(dòng)間隔時(shí)間，也可用來(lái)作為變換器的使能端，開(kāi)啟/關(guān)閉變換器；

腳4－腳8（VID25mV，VID0－VID3） 5位DAC的輸入腳，通過(guò)這5個(gè)腳可對內部電壓參考（DACOUT）進(jìn)行編程，而DACOUT的輸出用來(lái)設定變換器的輸出電壓，同時(shí)也用來(lái)設定PGOOD和OVP的門(mén)檻電壓；

腳9（COMP） 內部誤差放大器的輸出，用來(lái)補償變換器的電壓反饋信號；

腳10（FB） 內部誤差放大器的反相輸入，用來(lái)補償變換器的電壓反饋信號；

腳11（GND） 信號地；

腳12（PGOOD） 電源好信號，OC門(mén)輸出，用來(lái)指示變換器輸出電壓的狀態(tài)；當輸出電壓超出DACOUT參考電壓的±10％范圍時(shí)，該信號變低，說(shuō)明電壓不正常；

腳13（PHASE） 將其連到上端MOSFET的源極，用來(lái)監視MOSFET的電壓降，從而實(shí)現過(guò)流保護，同時(shí)，它也是上端MOSFET門(mén)極驅動(dòng)的返回路徑；

腳14（UGATE） 將其連到上端MOSFET的門(mén)極，提供門(mén)極驅動(dòng)信號；

腳15（BOOT） 提供上端MOSFET的偏置電壓；

腳16（PGND） 功率地，將下端MOSFET的源極接該腳；

腳17（LGATE） 將其連到下端MOSFET的門(mén)極，提供門(mén)極驅動(dòng)信號；

腳18（VCC） 芯片工作電壓輸入；

腳19（OVP） 過(guò)壓輸出信號；

腳20（RT） 用來(lái)設置振蕩器的開(kāi)關(guān)頻率。

2.2 工作原理

HIP6004E內部框圖如圖2所示。它由數模轉換器，電壓參考，誤差放大器，振蕩器，PWM比較器，軟啟動(dòng)電路，過(guò)壓、過(guò)流保護電路，門(mén)極控制邏輯電路，上電復位電路等部分組成。

圖2 HIP6004E內部框圖

上電后，HIP6004E自動(dòng)進(jìn)行初始化，無(wú)需特殊的加電順序。POWER-ON（POR）實(shí)時(shí)監測芯片工作電壓（V_cc）和變換器的輸入電壓（V_in），當兩種電壓都超過(guò)設定門(mén)檻值時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行軟啟動(dòng)過(guò)程。芯片內部的10μA電流源對接在腳3（SS）的軟啟動(dòng)電容進(jìn)行充電，腳3電壓緩慢上升，并將誤差放大器的輸出電壓（COMP）和參考電壓（同相端輸入）都鉗位為腳3電壓。當腳3電壓上升到一定幅度時(shí)，與振蕩器產(chǎn)生的三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PHASE脈沖對輸出電容進(jìn)行充電。當輸出電壓達到一定幅值后，參考電壓開(kāi)始控制輸出電壓。當腳3電壓超過(guò)DACOUT電壓后，輸出電壓進(jìn)入調節過(guò)程。這種軟啟動(dòng)方法使輸出電壓快速地，可控地上升。軟啟動(dòng)過(guò)程結束后，進(jìn)入正常運行狀態(tài)，產(chǎn)生PWM波使上下端兩個(gè)MOSFET交替導通，并通過(guò)電壓反饋電路來(lái)維持輸出電壓的穩定。

3 DC/DC變換器的設計

基于HIP6004E的典型DC/DC變換器電路如圖3所示，以下詳細介紹設計過(guò)程。

圖3 典型DC/DC變換器電路