帶I2C控制的集成DC/DC升降壓變換器
發(fā)布時間:2021-03-05 來源:Dave Baker 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】MP8859 是一款4開關(guān)同步升降壓變換器。 它支持2.8V至22V的寬工作輸入電壓范圍(電流高達(dá)4A),可提供1V至20.47V范圍內(nèi)的輸出電壓(電流高達(dá)3A),以10mV為步長。通過方便易用的I2C接口,用戶可以輕松配置操作參數(shù)。這使得MP8859非常適用于USB PD和電池供電的便攜式設(shè)備。
根據(jù)連接的終端設(shè)備,USB PD應(yīng)用通常需要5V至20V(如,5/9/15/20)范圍之內(nèi)的輸出電壓。該變換器的輸入電源電壓可能是固定的12V(如,筆記本電腦的內(nèi)部USB PD端口);或者,是不固定的電池包電壓(如,USB PD便攜式充電器)(請參見圖1)。 終端設(shè)備通常通過纜線在USB插座上熱插拔,這意味著升降壓變換器必須具有快速動態(tài)響應(yīng),以應(yīng)對負(fù)載的突然變化。MP8859還提供線損補償功能,可以補償由于USB線纜阻抗導(dǎo)致的壓降。
圖1: USB PD充電器
許多電池供電的便攜式設(shè)備都需要DC/DC升降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以生成穩(wěn)定的固定輸出電壓。因為是電池包,剛開始的輸入電壓可能高于輸出電壓,隨著電池放電,其輸入電壓可能低于輸出電壓。
以數(shù)碼相機(jī)為例,其DC/DC變換器需要為光學(xué)變焦電機(jī)供電。相機(jī)必須在瞬態(tài)大電流條件下提供恒定的供電電壓,以實現(xiàn)快速變焦(請參見圖2)。由于電池電壓隨剩余電荷而變化,升降壓變換器可提供良好的動態(tài)響應(yīng)以及升降壓模式之間的無縫切換,從而實現(xiàn)可靠的操作。
MP8859是一款集成升降壓變換器,適用于類似數(shù)碼相機(jī)的多種應(yīng)用。
產(chǎn)品特性和優(yōu)勢
● 2.8V至22V寬工作輸入電壓范圍
● 1V至20.47V輸出電壓范圍(默認(rèn)為5V),通過I2C提供10mV分辨率
● 3A輸出電流或4A輸入電流
● 內(nèi)部集成4個低導(dǎo)通電阻功率MOSFET
● 500kHz開關(guān)頻率
● 帶打嗝模式的輸出過壓保護(hù)(OVP)
● 帶打嗝模式的輸出短路保護(hù)(SCP)
● 過溫警告和關(guān)斷
● 帶ALT引腳的I2C接口
● 四個可配置的I2C地址
● 用于默認(rèn)設(shè)置的一次性可調(diào)(OTP)非易失性存儲器
● I2C可配置線路壓降補償、PFM/PWM模式、軟啟動、過流保護(hù)(OCP)
● EN關(guān)斷、可配置輸出放電
● 采用QFN-16(3mmx3mm)封裝
● 通過UL認(rèn)證,UL2367:E322138 li60950-1 / li60950-1-07:E500002-A1-CB-1
圖2: 變焦數(shù)碼相機(jī)
圖3: MP8859功能框圖
工作原理
MP8859在降壓模式下采用恒定導(dǎo)通時間(COT)控制,在升壓模式下采用恒定關(guān)斷時間控制,可提供快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和平滑的升降壓模式切換。MP8859可根據(jù)輸出負(fù)載在脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式和脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式之間自動切換,也可以設(shè)置為強(qiáng)制PWM模式。自動PFM/PWM模式可最大程度地提高輕載效率,而強(qiáng)制PWM模式則可提供最低的輸出紋波。它還可以配置恒定的輸出電流限值,可應(yīng)用于更廣泛的場合。
圖 4 顯示了具備四個內(nèi)部MOSFET橋和外部電感器的器件結(jié)構(gòu)。 當(dāng)VIN超過VO時,變換器工作在降壓模式;當(dāng)VIN接近VO時,它以升降壓模式工作;當(dāng)VIN低于VO時,工作于升壓模式(請參見圖5).
圖4: 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖5: 工作模式
MP8859 MPS提供MP8859評估套件,其中包括一個演示板、USB到I2C的通信接口,以及GUI軟件。(請參見圖6)。
圖6: MP8859評估套件
MP8859性能
MP8859使用MPS先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝來提供高轉(zhuǎn)換效率。 在12V輸入電壓和9V/1.5A輸出電壓條件下,工作于強(qiáng)制PWM降壓模式,其效率高達(dá)97%(如圖7所示)。
圖7: 效率曲線(VIN = 12V, VOUT = 5V 至 20V, 強(qiáng)制PWM模式)
在5V輸入電壓和9V/0.5A輸出電壓條件下,工作于強(qiáng)制PWM升壓模式,效率高達(dá)96%(如圖8所示)。
圖8: 效率曲線 (VIN = 5V, VOUT = 5V 至 9V, 強(qiáng)制PWM模式)
MP8859可在滿負(fù)載時將負(fù)載調(diào)整率保持在±0.10%以內(nèi),以確保輸出電壓的穩(wěn)定性(如圖9所示)。
圖9:負(fù)載調(diào)整率與負(fù)載電流關(guān)系圖
默認(rèn)器件參數(shù)
TMP8859的一次性可調(diào)(OTP)非易失性存儲器存儲了每個可配置器件選項的默認(rèn)設(shè)置,并在啟動時加載。所有出廠默認(rèn)設(shè)置可在MP8859數(shù)據(jù)手冊中查看。
這些默認(rèn)設(shè)置可根據(jù)客戶要求針對每個用例進(jìn)行更改,具體可聯(lián)系MPS現(xiàn)場技術(shù)支持工程師討論更改事宜。
結(jié)論
MP8859是一款多功能升降壓變換器,適用于要求輸出電流高達(dá)3A的各種USB、PD或便攜式電池供電應(yīng)用。其I2C可配置性加快了評估速度并減少了設(shè)計時間,從而可實現(xiàn)MP8859的快速定制。
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