低壓同步PWM控制器MIC2183及其應(yīng)用

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(dá)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(fù)載范圍內(nèi)達(dá)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(yīng)用系統(tǒng)以及直流電源配置、無(wú)線式調(diào)制解調(diào)器、ADSL在線卡、一到兩節(jié)鋰離子電池的供電系統(tǒng)和衛(wèi)星電話等系統(tǒng)中。文中介紹了MIC2183的主要特點(diǎn)、引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給出了它的典型應(yīng)用電路和外圍元件的選擇原則。

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(dá)2.9～14V，可用在1～2節(jié)鋰離子電池供電的應(yīng)用系統(tǒng)中設(shè)置電壓的步長(zhǎng)，而且，其效果可以和固定的3.3V、5V和12V電壓系統(tǒng)相比美。

利用MIC2183的PWM控制方案可以在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)達(dá)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，從而可使用戶設(shè)計(jì)的線路板的布局達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)也可使MIC2183的外部同步頻率實(shí)際達(dá)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(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單充電泵功能的FreqOut輸出引腳，該充電泵輸出可以由VINP引腳拉入門驅(qū)動(dòng)電源電路。這一特性能夠增強(qiáng)門電路的驅(qū)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(shè)計(jì)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(yīng)用系統(tǒng)中很好地實(shí)現(xiàn)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(nèi)正常工作，其結(jié)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(dá)2.9～14V；

●效率大于90%；

●具有400kHz的振蕩頻率；

●可用兩個(gè)引腳對(duì)頻率進(jìn)行隔離；

●可將頻率同步到600kHz；

●具有可在低壓系統(tǒng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單充電泵功能的FreqOut振蕩輸出引腳；

●可用于低壓系統(tǒng)；

●具前端隔離特性；

●輸出驅(qū)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(hù)功能；

●可以調(diào)整負(fù)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(yīng)用于需要將3.3V電壓變換成2.5V、1.8V或者1.5V的應(yīng)用系統(tǒng)之中，同時(shí)，它也可廣泛應(yīng)用于直流電源配置、無(wú)線式調(diào)制解調(diào)器、ADSL在線卡、一到兩節(jié)鋰離子電池的供電系統(tǒng)以及衛(wèi)星電話等系統(tǒng)中。

2 功能和參數(shù)

2.1 引腳功能

MIC2183的引腳排列如圖1所示。各引腳的功能說明見表1所列。

表1 MIC2183的引腳功能

2.2 主要參數(shù)

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(dá)2.9～14V，輸出電壓范圍為1.3V～12V。下面是MIC2183的主要極限參數(shù)：

●最高電源電壓（VINA，VINP）：15V；

●數(shù)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(cè)電壓：-0.3V～+1V；

●SYNC和FREQ/2腳電壓：-0.3V～+7V；

●最大功耗：400mW；

●儲(chǔ)存溫度：-65℃～+150℃。

3 結(jié)構(gòu)原理

MIC2183是一個(gè)BiCMOS開關(guān)模式同步轉(zhuǎn)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(gòu)成一個(gè)控制電路，利用該電路可以對(duì)變換操作進(jìn)行100%的占空比控制，而不需要再增加高邊驅(qū)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(fù)載的調(diào)整。當(dāng)電路工作在50%的占空比時(shí)，器件內(nèi)部的斜坡矯正電路可以為電路提供斜坡補(bǔ)償。MIC2183的效率非常高，可用于高效DC-DC的轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面。圖2是MIC2183同步轉(zhuǎn)換控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。

4 應(yīng)用

MIC2183的典型應(yīng)用電路連接圖如圖3所示。在開關(guān)周期的開始時(shí)，OUTP引腳為低電平，高邊P溝道MOSFET管Q1（Si9803DY）被打開，電流通過電流檢測(cè)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(xiàn)瞬變。電流檢測(cè)電阻上電壓降的大小將影響MIC2183內(nèi)部斜坡補(bǔ)償電路穩(wěn)定性。因?yàn)樵撔盘?hào)將用來(lái)和MIC2183內(nèi)部差分放大器的輸出進(jìn)行比較。當(dāng)該電流信號(hào)等于差分電壓信號(hào)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，直到電路中的N溝道MOSFET導(dǎo)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(zhuǎn)換控制器的效率。在開關(guān)周期結(jié)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，還起著驅(qū)動(dòng)高邊P溝道MOSFET和低邊N溝道MOSFET的作用。設(shè)計(jì)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(yáng)溝道MOSFET的門極拉為低電壓時(shí)，MOSFET導(dǎo)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)將其門極電壓推至比電路的輸入電壓更高的水平。

將VINP引腳連接到電源端可以為MIC2183的兩個(gè)門驅(qū)動(dòng)引腳OUTA和OUTB提供驅(qū)動(dòng)電壓。因此，通常在設(shè)計(jì)時(shí)把VINP引腳接到電路的電源上，并與CSH引腳接在同一電位上。

在用于轉(zhuǎn)換補(bǔ)償拓?fù)鋾r(shí)，通常應(yīng)選擇VGS電壓比輸入電壓更低的P溝道MOSFET。因?yàn)檫^高的門電壓將減緩MOSFET的開關(guān)時(shí)間，從而使MIC2183的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換能力受到限制。而過長(zhǎng)的轉(zhuǎn)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(yīng)該能夠在兩個(gè)MOSFET無(wú)交越時(shí)完全充分地開和關(guān)。其功耗PGATE-DRIVE的計(jì)算公式如下：PGATE-DRIVE=QGATEVINPFs

式中Q：GATE為電路中P溝道和N溝道MOSFET的總門電荷，F(xiàn)s為開關(guān)頻率，VINP為加在VINP引腳上的驅(qū)動(dòng)電壓。另外，圖3中的兩個(gè)電阻R1和R2的作用是調(diào)整輸出電壓VOUT。其關(guān)系式如下：

VOUT=VREF=[(R1/R2)]

對(duì)于MIC2183來(lái)說，VREF的典型值為1.245V。而對(duì)于電阻來(lái)說，相對(duì)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(duì)于低輸出負(fù)載的應(yīng)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。