低壓同步PWM控制器MIC2183及其應(yīng)用
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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、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。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/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(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，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之間的自舉電路來提供，從而可使用戶設(shè)計的線路板的布局達(dá)到最優(yōu)。同時也可使MIC2183的外部同步頻率實際達(dá)到400kHz。
MIC2183的另一個重要特性是具有振蕩器輸出功能，它具一個可以低壓應(yīng)用系統(tǒng)中實現(xiàn)簡單充電泵功能的FreqOut輸出引腳，該充電泵輸出可以由VINP引腳拉入門驅(qū)動電源電路。這一特性能夠增強門電路的驅(qū)動能力，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)計有低功耗關(guān)斷休眠模式，在關(guān)斷模式時，MIC2183的消耗電流只有1μA。同時，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；
●可用兩個引腳對頻率進行隔離；
●可將頻率同步到600kHz；
●具有可在低壓系統(tǒng)應(yīng)用中實現(xiàn)簡單充電泵功能的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)動典型阻抗為5Ω；
●具有軟起動功能；
●可進行PWM電流模式控制；
●關(guān)斷模式時的電流消耗僅為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(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，它也可廣泛應(yīng)用于直流電源配置、無線式調(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
| 引腳號 | 引腳名稱 | 引 腳 功 能 |
| 1 | VINA | 模擬電壓輸入引腳。該腳在電源上時，其模擬電壓“死區(qū)”時間內(nèi)，不一定和MIC2183的VINP引腳（16腳）保持相同電壓 |
| 2 | FreqOut | 片內(nèi)振蕩器頻率輸出端口。該腳可用來提供相于二分之一開關(guān)頻率的數(shù)字信號輸出。其輸出振幅范圍在0～3V之間，可用來驅(qū)動外部電容，以給VINP端提供一個更高的電壓 |
| 3 | SS | 軟啟動引腳。用于減少浪涌電流并延遲輸出電壓的上升時間。一個5μA的電流源可以為SS端口上的電容進行充電以使其電壓上升到VDD。電容的大小決定著電壓上升到VDD的上升時間。一個1μF的電容器可以使軟啟動的上升時間控制1.5ms左右 |
| 4 | COMP | 輸出補償端。為內(nèi)部差分放大器的輸出。此腳連至一個電容器或個RC網(wǎng)絡(luò)可以用來對MIC2183的控制回路進行補償 |
| 5 | SGND | 小信號接地端。使用時通常接到輸出電容的負(fù)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(fù)位/欠壓關(guān)閉輸入引腳。該腳 為低電平時，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(dāng)其電壓位與1.5V以下時，器件將關(guān)閉輸出轉(zhuǎn)換功能；而當(dāng)該端電壓降低到0.9V以下時，整個器件將進入完全的低功耗關(guān)斷模式。因此，1.5V電壓可以說是MIC2183的欠壓關(guān)閉門限電壓，但是，該1.5V門限電壓具40mV的延遲 |
| 8 | CSL | 限流電容輸入負(fù)端。若在CSL和CSH引腳之間設(shè)置一個100mV的固定偏差，那么，就可以通過一個電流檢測電阻來設(shè)置器件的限流門限。CSL腳同時也是MIC2183內(nèi)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(shè)置個100mV的固定偏差，即可通過個電流檢測電阻設(shè)置器件限流門限電平。CSH腳同時也是MIC2183內(nèi)部電流放大器的正向輸入端 |
| 10 | VDD | 器件內(nèi)部3V線性調(diào)節(jié)輸出，該端同時也是芯片的電源總線。使用時應(yīng)連接一個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外部時鐘同步信號振蕩器。其信號幅值在高于1.5V時將啟動開轉(zhuǎn)換周期。該腳不用時應(yīng)連接到SGND腳 |
| 12 | PGND | MOSFET驅(qū)動功率接。通常連接到同MOSFET的源極電容器的負(fù)端 |
| 13 | OUTN | 大電流驅(qū)動輸出端，用于驅(qū)動同步N溝道MOSFET。其電壓擺幅可從端達(dá)到VINP。其線阻抗典型值為5Ω |
| 14 | OUTP | 大電流驅(qū)動輸出端，用于驅(qū)動度邊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(shè)置引腳。該腳為低電平時，振蕩頻率為400kHz；該腳接至VDD時，振蕩頻率為100kHz |
| 16 | VINP | 電路電源電壓輸入端，用來激勵輸出門極驅(qū)動器。如果電路中接入有電流檢測電阻Rcs，那么，該端同時用和RCS相連 |
2.2 主要參數(shù)
MIC2183是一個輸入電壓很寬的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(jié)構(gòu)原理
MIC2183是一個BiCMOS開關(guān)模式同步轉(zhuǎn)換控制器。它和一個N溝道MOSFET和一個P溝道MOSFET一起可以構(gòu)成一個控制電路，利用該電路可以對變換操作進行100%的占空比控制，而不需要再增加高邊驅(qū)動電路。MIC2183的電流模式控制可以用來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，器件內(nèi)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(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，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。電流檢測電阻上電壓降的大小將影響MIC2183內(nèi)部斜坡補償電路穩(wěn)定性。因為該信號將用來和MIC2183內(nèi)部差分放大器的輸出進行比較。當(dāng)該電流信號等于差分電壓信號時，電路中的P溝道MOSFET將被關(guān)斷。此時電感電流將從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，同步MOSFET被關(guān)斷，電路進入下一個循環(huán)工作周期。
圖3中，MIC2183除了用于同步以外，還起著驅(qū)動高邊P溝道MOSFET和低邊N溝道MOSFET的作用。設(shè)計時，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的門極拉為低電壓時，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將其門極電壓推至比電路的輸入電壓更高的水平。
在用于轉(zhuǎn)換補償拓?fù)鋾r，通常應(yīng)選擇VGS電壓比輸入電壓更低的P溝道MOSFET。因為過高的門電壓將減緩MOSFET的開關(guān)時間，從而使MIC2183的驅(qū)動轉(zhuǎn)換能力受到限制。而過長的轉(zhuǎn)換時間又將引起MOSFET上功耗的增加，進而增加整個電路的功率消耗。因此，電路中的MOSFET應(yīng)該能夠在兩個MOSFET無交越時完全充分地開和關(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的總門電荷，F(xiàn)s為開關(guān)頻率，VINP為加在VINP引腳上的驅(qū)動電壓。另外，圖3中的兩個電阻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)]
對于MIC2183來說，VREF的典型值為1.245V。而對于電阻來說，相對較低的R1的值可以減少來自于FB端的噪聲，但如果R1太小，無疑又將降低電源的工作效率，這一點對于低輸出負(fù)載的應(yīng)用場合尤其明顯。因此，通常推薦的R1的取值為10kΩ左右。R1確定之后，便可利用上式來確定R2的值。
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