雙降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器LM2717及其應(yīng)用設(shè)計

概述

lm2717是美國國家半導(dǎo)體公司推出的一款全新的高性能轉(zhuǎn)換器。該芯片內(nèi)含兩顆降壓脈寬調(diào)制 (pwm) 直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中一顆專門用來提供固定輸出3.3v電壓，而另一顆則專門用來提供可調(diào)節(jié)輸出電壓。這兩顆轉(zhuǎn)換器芯片都設(shè)有導(dǎo)通狀態(tài)電阻 ( rdson)低至只有0.16 的內(nèi)部開關(guān)，以確?？梢园l(fā)揮最高的轉(zhuǎn)換效率，而且工作頻率可以在300khz與600khz之間的范圍內(nèi)加以調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)可以采用較小巧的外置元件。每一顆轉(zhuǎn)換器也可以用自己的關(guān)閉引腳單獨進行關(guān)閉。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于薄膜晶體管液晶顯示器（tft-lcd）、掌控裝置、便攜式應(yīng)用和膝上型電腦。

該芯片主要特性如下：

固定3.3v輸出電壓降壓轉(zhuǎn)換器具有一個電流是2.2a、電阻是0.16 的內(nèi)部開關(guān)；

可調(diào)降壓轉(zhuǎn)換器具有一個電流是3.2a、電阻是0.16 的內(nèi)部開關(guān)；

工作輸入電壓范圍是4-20v；

低電壓輸入保護；

可調(diào)工作頻率范圍是300-600khz；

小巧的24腳tssop封裝。

引腳功能

agnd（3,9,10）：模擬地。agnd和pgnd必須在產(chǎn)品上直接連在一起。
fb1（4）：固定降壓輸出電壓的反饋輸入端。

vc1（3）：固定降壓補償網(wǎng)絡(luò)連接引腳。連接到電壓誤差放大器的輸出端。

vbg （6）：帶隙連接。

vc2（7）：可調(diào)降壓補償網(wǎng)絡(luò)連接引腳。連接到電壓誤差放大器的輸出端

fb2（8）：可調(diào)降壓輸出電壓的反饋輸入端。

agnd（9,10）：模擬地。agnd和pgnd必須直接在產(chǎn)品上接在一起。

sw2（13）：可調(diào)降壓電源開關(guān)輸入端。該開關(guān)連接在vin和 sw2引腳之間。

vin（14,15,23）：模擬電源輸入端。 vin引腳應(yīng)該在產(chǎn)品上直接連接起來。

cb2(16)：可調(diào)降壓轉(zhuǎn)換器自舉電容連接引腳。

shdn2（17）：可調(diào)降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)閉引腳。低電壓時激活。

ss2（5）：可調(diào)降壓軟啟動引腳。

fslct（19）：轉(zhuǎn)換頻率選擇輸入端。利用一個電阻來設(shè)置在300-600khz范圍內(nèi)的頻率。

ss1（20）：固定降壓軟啟動引腳。

shdn1（21）：固定降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)閉引腳。低電壓時激活。

cb1(22)：固定降壓轉(zhuǎn)換器自舉電容連接引腳。

sw1（24）：固定降壓電源開關(guān)輸入端。開關(guān)連接在vin和sw1引腳之間。

工作原理

圖2是lm2717內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖。該器件有專門的保護電路，正常操作時它會運行起來保護這個集成電路（ic）。當(dāng)器件溫度過高時，熱關(guān)閉電路會切斷電源。uvp比較放大器在電源啟動和關(guān)閉期間保護電源裝置，以防止在最小輸入電壓以下工作。ovp比較器被用來防止輸出電壓在沒有負(fù)荷情況下上升，它允許在全負(fù)荷條件下的全脈寬調(diào)制（pwm）。當(dāng)降低供給電流大約到10 a時，該芯片也會對每一個轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出關(guān)閉模式特性（都工作在關(guān)閉模式）。

在第一個工作周期里，晶體管關(guān)閉，二極管反向偏倚。能量收集在電感當(dāng)中，負(fù)荷電流是由cout和通過電感增加的電流提供。在第二個工作周期中，晶體管打開，二極管前向偏倚，因為電感電流不能瞬間改變方向。貯存在電感當(dāng)中的能量被轉(zhuǎn)移到負(fù)荷和輸出電容。這兩個周期的的比率決定著輸出電壓，輸出電壓近似地定義為：

應(yīng)用設(shè)計

圖3所示是lm2717的典型應(yīng)用電路。圖中，vin是整個應(yīng)用電路的電壓輸入端，vout1是固定降壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端， vout2是可調(diào)節(jié)降壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端。cin、cout 、css、cboot 、l分別是輸入電容、輸出電容、軟啟動電容、自舉電容、電感器，這幾個器件在設(shè)計時應(yīng)重點考慮。這里主要介紹利用該芯片進行設(shè)計時一些主要外部器件的選擇原則及應(yīng)注意的問題。

輸出電壓是使用反饋引腳和連接到輸出端的電阻分配器設(shè)計的，如圖3所示。反饋引腳電壓是1.26v，因此根據(jù)下面的等式，由反饋電阻的比來設(shè)計輸出電壓：

電感的最關(guān)鍵參數(shù)是電感系數(shù) 、峰值電流和直流（dc）阻抗。電感系數(shù)與峰與峰之間的電感波紋電流、輸入和輸出電壓有關(guān)（對于工作頻率是300khz）：

l=frac{(v_{in}-v_{out})v_{out}}{v_{in} i_{ripple} 300khz}
較高的波紋電流能減小電感系數(shù)，但是會增加電感和開關(guān)裝置的電導(dǎo)損失、核損失和電流壓力。對于同樣輸出電壓波紋要求，它也需要一個比較大的輸出電容。設(shè)置波紋電流是直流電（dc）輸出電流的30%是合理的。因為波紋電流會隨著輸入電壓增加，最大輸入電壓總是會消弱電感系數(shù)。電感的直流電（dc）阻抗是功效的一個主要參數(shù)。較低的直流電阻抗利用一個較大的線圈可實現(xiàn)。在功效和核大小之間的一個好的折衷方案是讓電感銅損失等于輸出電壓的2%。

輸出電容(cout)的選擇受最大允許輸出電壓波紋影響。輸出電壓波紋在固定頻率脈寬調(diào)制模式中的近似為：

自舉電容cboot推薦使用4.7nf或者較大一點的陶瓷電容。對于輸入電壓小于2倍輸出電壓的應(yīng)用，推薦使用更大的電容。
該芯片沒有允許快速啟動的內(nèi)部軟啟動，但是也會產(chǎn)生高涌入電流。因此，對于需要減少涌入電流的應(yīng)用，該芯片有限制dc/dc轉(zhuǎn)換調(diào)整器啟動時涌入電流的電路。涌入電流限制電路充當(dāng)軟啟動。外部的css引腳用來調(diào)整軟啟動進行特殊的應(yīng)用。電流iss影響著外部軟啟動電容 ，軟啟動時間可估計為：

(2)設(shè)計時應(yīng)注意的問題

該芯片使用兩個獨立的接地，pgnd用于驅(qū)動器和升壓式nmos電源裝置，agnd用于靈敏的模擬控制電路。agnd和pgnd引腳應(yīng)該在包裝上直接連接在一起。反饋和補償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該直接連接到一個專門模擬地平臺，這個模擬地平臺必須連接到agnd管腳。如果沒有模擬地平臺可用，反饋和補償網(wǎng)絡(luò)必須直接連接到agnd管腳。把這些網(wǎng)絡(luò)連接到pgnd引腳會給系統(tǒng)增加噪聲。輸入旁路電容cin，如圖3所示，必須放置靠近集成電路（ic）。這將減少影響集成電路輸入電壓波紋的銅線阻抗。為過濾額外輸入電壓，放置一個0.1 f到4.7 f旁路電容與cin并聯(lián)，靠近vin引腳，以防止任何高頻噪聲入地。輸出電容cout1和cout2 也應(yīng)該被放置靠近集成電路（ic）。對輸出電容coutx的銅線連接能夠增加連續(xù)阻抗，將直接影響輸出電壓波紋。反饋網(wǎng)絡(luò)的電阻 rfb1和rfb2應(yīng)該保持靠近fb引腳，遠離電感器，使增加系統(tǒng)噪聲的銅線連接最小化。電感器和肖特基(schottky)二極管線連接時應(yīng)該最小化，以減少電源損耗并提高總體效率。

結(jié)束語

目前，廠商越來越喜歡采用可以調(diào)節(jié)輸出電壓的電源分配結(jié)構(gòu)，以便為系統(tǒng)的特殊應(yīng)用集成電路及數(shù)字信號處理器提供穩(wěn)壓供電。美國國家半導(dǎo)體公司這款全新的降壓/降壓轉(zhuǎn)換器不但具有高度的靈活性，而且性能極為卓越，是適合這些負(fù)載結(jié)構(gòu)采用的理想解決方案。