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适用于汽车无线电系统AM和FM波段的低噪声开关电源

作者:时间:2013-05-29来源:网络收藏

所以,常规条件下(OUTA = 12V)实现LIR因子等于或小于0.3的最小电感值为:

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(式13)

L2采用标准电感2.2µH,得到的LIR因子为0.24,电感峰值电流为:

MM1304669744_opt.jpeg

(式14)

当R20检测电阻上的电压达到68mV(最小值)时,触发限流。为电感容限保留一定裕量,使检测电阻的压降在电感电流达到峰值(IPEAK)时为限流门限的60%,从而确定检测电阻大小:

MM1304669911_opt.jpeg

(式15)

因此,为R20选择标准电阻值15m。

优化IC1的外部元件

UVLO门限

为升压IC1选择外部元件的第一步是确定外部欠压锁定(UVLO)门限,通过选择连接在主输入IN引脚、ON/OFF引脚和地之间的电阻分压器实现。对于该设计,我们在输入电压低于5V时关断器件;假设冷启动阶段具有较高电压。为R5选择100k电阻后,利用式16选择R4电阻值:

MM1304670130_opt.jpeg

(式16)

所以为R4选择标准电阻值300k。

过压输入(OVI)

如上文针对IC2的讨论,我们必须保证OUTA节点的电压不低于11.11V,以使降压控制器不超出稳压范围。考虑到这一电压门限,并为电感L1和二极管D2增加合理的压降,IC1必须在IN电压下降至11.5V以下时导通。然而,为优化效率,电池电压为正常值(IN = 12V)时,IC1不得工作。

为实现这一目的,利用连接在IN引脚、OVI引脚及地之间的电阻分压器根据主值使能或禁用IC1。所以,当OVI引脚上的电压超过1.228V电压门限时,禁用IC1;当OVI引脚电压下降至1.228V时,IC1导通,典型滞回为125mV。选择低边R2电阻分压器等于20k,考虑到IC1在输入电压上升至11.6V以上时应关断,必须根据式17选择高边R1电阻分压器:

MM1304670440_opt.jpeg

(式17)

采用标准170k R1电阻,当电压上升至11.67V以上时,禁用IC1。这为额定12V IN电池电压保留了330mV裕量。考虑到OVI比较器上的滞回,我们可估算使能IC1的主电压降值:

MM1304670847_opt.jpeg

(式18)

该结果证明滞回太大。我们必将将其降低,使主电源上的电压降门限至少为11.5V,可通过在OVI引脚和SS引脚之间增加串联电阻和肖特基二极管(R3和D1)实现。禁用IC1时,SS引脚内部连接至地,将R3与R2并联,有效减小滞回。R3使用180k电阻,忽略二极管压降,主电源上的新电压降门限变为:

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(式19)

采用这一配置,有可能在输入电压上升和下降沿达到目标门限。注意,如果可行,另一种替代方法为使用外部比较器,以监测主电源并直接驱动OVI输入引脚。

输出电压

为维持2MHz固定开关频率,如IC1数据资料所述,所有应用条件下都有必要考虑170ns的最小tON。最小tON造成最小占空比为34%(采用2MHz开关频率),这限制了IC可调节的最小输出电压。请参见图4。为估算该电压门限,必须考虑升压调节器的占空比公式:

MM1304671221_opt.jpeg

(式20)

输入电压(VIN)为最大值(本设计中为11.67V)且IC1工作时达到最小占空比。通过改写式20,可估算出在此限制条件下的IC1的最小稳压输出:

MM1304671669_opt.jpeg

(式21)

04_opt1.jpeg

图4 IC1 (MAX15005)的电感电流

以上计算条件为最小占空比和最大输入电压,考虑肖特基二极管D2上的压降为0.3V,并忽略NMOS N1上的压降。所以,IC1必须将输出电压调节至17.38V以上,以确保所有工作条件下的开关频率均为2MHz。

通过为低边反馈电阻分压器R13选择10k电阻,可以计算出高边反馈电阻分压器R14:

MM1304672387_opt.jpeg

(式22)

式中,VFB(MIN) = 1.215V。

最后,R14使用1%容限的137k电阻,IC1调节的最小输出电压为:

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(式23)

这确保IC1的开关频率总是固定为2MHz。

假设该设计的输出功率等于20W (8V@2.5A),IC2的效率为90%,则IC1的输出功率必须至少为22.3W。所以,考虑到17.53V调节输出电压,IC1的平均输出电流为1.27A。利用IC1调节较高输出电压时,降低输出电流,从而要求低成本D2肖特基二极管。然而,输出电容C7必须能够承受IC1本身调节的输出电压。

同步和最大占空比

为保证IC1开关频率的外部同步,频率必须至少比设置的内部振荡器频率高102%。为R6选择7k电阻,为C4选择100pF电容,IC1的内部振荡器频率大约为1MHz,允许外部同步频率为2MHz。

SYNC输入检测到同步信号上升沿时,电容C4通过内部1.33mA(典型值)电流源放电。当该电容上的电压(RTCT引脚)达到500mV时,电容C4通过连接至VREG5引脚的R6充电,直到检测到下一同步信号上升沿。放电时间(TDISCHARGE)决定调节器的最小tOFF。如果该时间小于160ns(如本例中),最小tOFF箝位至160ns。实际上,假设充电时间(TCHARGE)为340ns (TP = 500ns),RTCT上的电压增加:

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(式24)

考虑到放电阶段的净放电电流为615μA1,RTCT引脚上所增加电压的放电时间等于:

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(式25)

160ns最小tOFF意味着最大占空比为68%。再次将升压调节器占空比公式应用到本例(式20),要求最大占空比(较低输入电压,本例中为5V),IC1将OUTA引脚上的最大电压调节至:

MM1304747407_opt.jpeg

(式26)

该电压值保证IC2不工作在压差条件。

波段开关相关文章:波段开关原理




关键词: 驱动器 电源 转换器

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