低壓同步PWM控制器MIC2183及其應用
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
摘要：MIC2183是MICREL公司生產(chǎn)的高頻PWM同步跳躍式控制集成電路。它的輸入電壓范圍寬達2.9～14V，并具有振蕩器輸出功能。其PWM控制方案可以在很寬的負載范圍內達到90%以上的效率，可廣泛用于需要將3.3V電壓變換成2.5V、1.8V或者1.5V的應用系統以及直流電源配置、無(wú)線(xiàn)式調制解調器、ADSL在線(xiàn)卡、一到兩節鋰離子電池的供電系統和衛星電話(huà)等系統中。文中介紹了MIC2183的主要特點(diǎn)、引腳功能和內部結構，給出了它的典型應用電路和外圍元件的選擇原則。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/233526.htm關(guān)鍵詞：低壓同步 PWM控制 電壓變換 MIC2183
1 概述
MIC2183是MICREL公司生產(chǎn)的一種高頻PWM同步跳躍式控制集成電路。它的輸入電壓范圍寬達2.9～14V，可用在1～2節鋰離子電池供電的應用系統中設置電壓的步長(cháng)，而且，其效果可以和固定的3.3V、5V和12V電壓系統相比美。
利用MIC2183的PWM控制方案可以在很寬的負載范圍內達到90%以上的效率。其操作頻率可以由連接在FREQ/2和VDD之間的自舉電路來(lái)提供，從而可使用戶(hù)設計的線(xiàn)路板的布局達到最優(yōu)。同時(shí)也可使MIC2183的外部同步頻率實(shí)際達到400kHz。
MIC2183的另一個(gè)重要特性是具有振蕩器輸出功能，它具一個(gè)可以低壓應用系統中實(shí)現簡(jiǎn)單充電泵功能的FreqOut輸出引腳，該充電泵輸出可以由VINP引腳拉入門(mén)驅動(dòng)電源電路。這一特性能夠增強門(mén)電路的驅動(dòng)能力，從而可以在較低的輸入電壓下獲得更高的效率。MICREL公司還為MIC2183設計有低功耗關(guān)斷休眠模式，在關(guān)斷模式時(shí)，MIC2183的消耗電流只有1μA。同時(shí)，該器件還具有可編程欠壓封鎖功能，可在小型便攜式應用系統中很好地實(shí)現匹配。
MIC2183采用16腳SOP封裝形式，它可以在-40℃～+85℃的環(huán)境工作溫度范圍內正常工作，其結溫范圍為-40～+125℃。另外，它還具有如下主要特性：
●輸入電壓范圍寬達2.9～14V；
●效率大于90%；
●具有400kHz的振蕩頻率；
●可用兩個(gè)引腳對頻率進(jìn)行隔離；
●可將頻率同步到600kHz；
●具有可在低壓系統應用中實(shí)現簡(jiǎn)單充電泵功能的FreqOut振蕩輸出引腳；
●可用于低壓系統；
●具前端隔離特性；
●輸出驅動(dòng)典型阻抗為5Ω；
●具有軟起動(dòng)功能；
●可進(jìn)行PWM電流模式控制；
●關(guān)斷模式時(shí)的電流消耗僅為1μA；
●采用循環(huán)式限流模式；
●具有頻率反饋式短路保護功能；
●可以調整負載輸出電壓。
MIC2183低壓PWM控制集成電路以其諸多優(yōu)點(diǎn)可廣泛應用于需要將3.3V電壓變換成2.5V、1.8V或者1.5V的應用系統之中，同時(shí)，它也可廣泛應用于直流電源配置、無(wú)線(xiàn)式調制解調器、ADSL在線(xiàn)卡、一到兩節鋰離子電池的供電系統以及衛星電話(huà)等系統中。
2 功能和參數
2.1 引腳功能
MIC2183的引腳排列如圖1所示。各引腳的功能說(shuō)明見(jiàn)表1所列。
表1 MIC2183的引腳功能
| 引腳號 | 引腳名稱(chēng) | 引 腳 功 能 |
| 1 | VINA | 模擬電壓輸入引腳。該腳在電源上時(shí)，其模擬電壓“死區”時(shí)間內，不一定和MIC2183的VINP引腳（16腳）保持相同電壓 |
| 2 | FreqOut | 片內振蕩器頻率輸出端口。該腳可用來(lái)提供相于二分之一開(kāi)關(guān)頻率的數字信號輸出。其輸出振幅范圍在0～3V之間，可用來(lái)驅動(dòng)外部電容，以給VINP端提供一個(gè)更高的電壓 |
| 3 | SS | 軟啟動(dòng)引腳。用于減少浪涌電流并延遲輸出電壓的上升時(shí)間。一個(gè)5μA的電流源可以為SS端口上的電容進(jìn)行充電以使其電壓上升到VDD。電容的大小決定著(zhù)電壓上升到VDD的上升時(shí)間。一個(gè)1μF的電容器可以使軟啟動(dòng)的上升時(shí)間控制1.5ms左右 |
| 4 | COMP | 輸出補償端。為內部差分放大器的輸出。此腳連至一個(gè)電容器或個(gè)RC網(wǎng)絡(luò )可以用來(lái)對MIC2183的控制回路進(jìn)行補償 |
| 5 | SGND | 小信號接地端。使用時(shí)通常接到輸出電容的負端 |
| 6 | FB | 電路反饋輸入端，該腳的電壓通常被控制在1.245V |
| 7 | EN/UVLO | 復位/欠壓關(guān)閉輸入引腳。該腳 為低電平時(shí)，器件的電源電壓將被關(guān)斷，以便使電路的靜態(tài)電流降低到5μA以下。EN/UVLO端具有兩種工作狀態(tài)：當其電壓位與1.5V以下時(shí)，器件將關(guān)閉輸出轉換功能；而當該端電壓降低到0.9V以下時(shí)，整個(gè)器件將進(jìn)入完全的低功耗關(guān)斷模式。因此，1.5V電壓可以說(shuō)是MIC2183的欠壓關(guān)閉門(mén)限電壓，但是，該1.5V門(mén)限電壓具40mV的延遲 |
| 8 | CSL | 限流電容輸入負端。若在CSL和CSH引腳之間設置一個(gè)100mV的固定偏差，那么，就可以通過(guò)一個(gè)電流檢測電阻來(lái)設置器件的限流門(mén)限。CSL腳同時(shí)也是MIC2183內部電流放器的反向輸入端 |
| 9 | CSH | 限流電容輸入正端。在CSH和CSL引腳之間設置個(gè)100mV的固定偏差，即可通過(guò)個(gè)電流檢測電阻設置器件限流門(mén)限電平。CSH腳同時(shí)也是MIC2183內部電流放大器的正向輸入端 |
| 10 | VDD | 器件內部3V線(xiàn)性調節輸出，該端同時(shí)也是芯片的電源總線(xiàn)。使用時(shí)應連接一個(gè)1μF的旁路電容 |
| 11 | SYNC | 頻率同步信號輸入端。通常該端口上連接一個(gè)外部時(shí)鐘同步信號振蕩器。其信號幅值在高于1.5V時(shí)將啟動(dòng)開(kāi)轉換周期。該腳不用時(shí)應連接到SGND腳 |
| 12 | PGND | MOSFET驅動(dòng)功率接。通常連接到同MOSFET的源極電容器的負端 |
| 13 | OUTN | 大電流驅動(dòng)輸出端，用于驅動(dòng)同步N溝道MOSFET。其電壓擺幅可從端達到VINP。其線(xiàn)阻抗典型值為5Ω |
| 14 | OUTP | 大電流驅動(dòng)輸出端，用于驅動(dòng)度邊P溝道MOSFET。其電壓擺幅為0～VINP，典型阻抗值為5Ω |
| 15 | FREQ/2 | 振蕩頻率設置引腳。該腳為低電平時(shí)，振蕩頻率為400kHz；該腳接至VDD時(shí)，振蕩頻率為100kHz |
| 16 | VINP | 電路電源電壓輸入端，用來(lái)激勵輸出門(mén)極驅動(dòng)器。如果電路中接入有電流檢測電阻Rcs，那么，該端同時(shí)用和RCS相連 |
2.2 主要參數
MIC2183是一個(gè)輸入電壓很寬的PWM控制器，其輸入電壓范圍寬達2.9～14V，輸出電壓范圍為1.3V～12V。下面是MIC2183的主要極限參數：
●最高電源電壓（VINA，VINP）：15V；
●數字電源電壓（VDD）：7V；
●COMP腳、反饋腳和使能腳電壓：-0.3V～3V；
●電流檢測電壓：-0.3V～+1V；
●SYNC和FREQ/2腳電壓：-0.3V～+7V；
●最大功耗：400mW；
●儲存溫度：-65℃～+150℃。
3 結構原理
MIC2183是一個(gè)BiCMOS開(kāi)關(guān)模式同步轉換控制器。它和一個(gè)N溝道MOSFET和一個(gè)P溝道MOSFET一起可以構成一個(gè)控制電路，利用該電路可以對變換操作進(jìn)行100%的占空比控制，而不需要再增加高邊驅動(dòng)電路。MIC2183的電流模式控制可以用來(lái)完成電路瞬變紋波和負載的調整。當電路工作在50%的占空比時(shí)，器件內部的斜坡矯正電路可以為電路提供斜坡補償。MIC2183的效率非常高，可用于高效DC-DC的轉換應用方面。圖2是MIC2183同步轉換控制器的內部結構原理圖。
4 應用
MIC2183的典型應用電路連接圖如圖3所示。在開(kāi)關(guān)周期的開(kāi)始時(shí)，OUTP引腳為低電平，高邊P溝道MOSFET管Q1（Si9803DY）被打開(kāi)，電流通過(guò)電流檢測電阻RSENSE、Q1和電感L1從輸入流向輸出。電路中的L1的主要作用是避免電路電流迅速增大而出現瞬變。電流檢測電阻上電壓降的大小將影響MIC2183內部斜坡補償電路穩定性。因為該信號將用來(lái)和MIC2183內部差分放大器的輸出進(jìn)行比較。當該電流信號等于差分電壓信號時(shí)，電路中的P溝道MOSFET將被關(guān)斷。此時(shí)電感電流將從D1二極管中流過(guò)，直到電路中的N溝道MOSFET導通而使電路同步為止。由于低邊MOSFET上的壓降低于二極管上的壓降，因而改善了同步轉換控制器的效率。在開(kāi)關(guān)周期結束時(shí)，同步MOSFET被關(guān)斷，電路進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)工作周期。
圖3中，MIC2183除了用于同步以外，還起著(zhù)驅動(dòng)高邊P溝道MOSFET和低邊N溝道MOSFET的作用。設計時(shí)，將高邊P溝道MOSFET的源極連接到電路的電源輸入端。OUTP端鈄該P溝道MOSFET的門(mén)極拉為低電壓時(shí)，MOSFET導通。使用P溝道MOSFET的目的主要是它不需要象N溝道MOSFET那樣需要在電路中增加自舉電路來(lái)將其門(mén)極電壓推至比電路的輸入電壓更高的水平。
在用于轉換補償拓撲時(shí)，通常應選擇VGS電壓比輸入電壓更低的P溝道MOSFET。因為過(guò)高的門(mén)電壓將減緩MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而使MIC2183的驅動(dòng)轉換能力受到限制。而過(guò)長(cháng)的轉換時(shí)間又將引起MOSFET上功耗的增加，進(jìn)而增加整個(gè)電路的功率消耗。因此，電路中的MOSFET應該能夠在兩個(gè)MOSFET無(wú)交越時(shí)完全充分地開(kāi)和關(guān)。其功耗PGATE-DRIVE的計算公式如下：PGATE-DRIVE=QGATEVINPFs
式中Q：GATE為電路中P溝道和N溝道MOSFET的總門(mén)電荷，Fs為開(kāi)關(guān)頻率，VINP為加在VINP引腳上的驅動(dòng)電壓。另外，圖3中的兩個(gè)電阻R1和R2的作用是調整輸出電壓VOUT。其關(guān)系式如下：
VOUT=VREF=[(R1/R2)]
對于MIC2183來(lái)說(shuō)，VREF的典型值為1.245V。而對于電阻來(lái)說(shuō)，相對較低的R1的值可以減少來(lái)自于FB端的噪聲，但如果R1太小，無(wú)疑又將降低電源的工作效率，這一點(diǎn)對于低輸出負載的應用場(chǎng)合尤其明顯。因此，通常推薦的R1的取值為10kΩ左右。R1確定之后，便可利用上式來(lái)確定R2的值。
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