1、1 MP1482_MP1484 模块电路设计 目录 一、降压变换器（ Buck）的工作原理 . 2 二、 MP1482/MP1484 基本特性 . 5 三、 MP1482/MP1484 引脚描述 . 6 四、 MP1482/MP1484 内部结构 . 7 五、 MP1482/MP1484 电路设计 . 8 六、外围器件选型 . 9 七、 MP1482/MP1484 效率与输出电流曲线图 . 13 八、 PCB Layout 注意事项 14 九、 MP1482 的测试数据 15 十、常用 DC-DC 芯片及替代料参考 19 2 一 、 降 压 变 换 器 （ Buck） 的 工 作 原 理 1.
2、 降压变换器可分为非同步和同步两种 非同步 Buck 电路 同步 Buck 电路 2. 主要元器件包括：开关管 SW、续流二极管 D（同步的用开关管替代）、储能电感 L、滤波电容 C 和负载电阻 RL。 3. 工作过程分析（以非同步电路为例，同步原理相似） 当 SW 导通时，电流经 SW、 L 到负载，能量同时储存在电感中，并同时给电容 C 充电，输出平均直流电压 Vo； 当 SW 断开时，没有能量输入，输出到负载的能量来自电感，电感 L 电流方向不变， IL是下降的。感应电压使 D 上负下正导通续流，电容平滑输出电压； 3 4. 三种工作模式 根据电感电流在周期内的状态， BUCK 变换器可
3、分为电感电流连续模式（ CCM 模式）、电感电流断续模式（ DCM 模式）和临界模式三种。 电感电流连续是指输出电感 L 中的电流总是大于零，即不出现电流中断；电感电流断续是指在开关管关断器件有一段时间 L 中的电流为零；在这两种模式之间有一个边界，称为电感电流临界连续状态，即在开关管关断末期，电感 L 中的电流刚好降到零。 1） 连续模式 2） 断续模式 3） 临界模式 5. 电感电流连续模式下各状态波形示意图 一般使变换器工作在电感电流连续模式，连续模式电压纹波相对较小。 4 6. 两个基本的计算公式（电感电流连续模式） 一般取输出电流的 10% 30% 7. 同步降压变换器 开关变换器中
4、功率消耗最大的元件是二极管，消耗功率为二极管导通压降与电流的乘积，该功耗降低了总体效率。为最大限度地提高效率，可以用一个开关替代二极管，即所谓的“同步整流结构” 下面是 MPS 公司提供的一组同步和非同步降压变换器的功率损耗对比 以 5V 转 1.2V/1A 为 例 假设：同步整流 IC 的 MOSFET 内阻为 130mohm, 开关时间为 5uS;非同步整流 IC 的上MOSFET 内阻为 130m ohm, 开关时间同为 5uS,肖特基压降 0.5V. 5 同 步 芯 片 （ 效 率 =84.2%） 非 同 步 芯 片 （ 效 率 =70.3%） 从饼图中明显可以看到非同步芯片在肖特基二
5、极管的损耗很大，效率也因此远低于同步整流芯片。通常在大压差的应用条件下，同步整流芯片从节能和发热的角度来看，要优于非同步整流芯片。 二 、 MP1482/MP1484 基 本 特 性 1. MP1482/MP1484 是一款同步降压 DC-DC 电源转换芯片 2. 输入电压范围： 4.75V 18V 3. 输出电压范围： 0.923V 15V 4. 最大输出电流： MP1482-2A， MP1484-3A 5. 开关频率： 340KHz 6. MOSFET导通阻抗低至 0.13 Ohm 7. 软启动时间可调 8. 效率高达 93% 9. 每周期电流限制， 过热关断保护 10. 封装： SOIC
6、8/SOIC8E Power LossDistribution13%27%2% 42%2%14%0%0%High Side Switch Conduction LossHigh Side Switch Switching LossLow Side Switch Conduction LossLow Side Switch Switching LossLoss Caused by Schottky CapacitanceSchottky Conduction LossInductor Conduction LossInductor Core LossPower LossDistribution6
7、%12% 0%0%1%6%74%1%High Side Switch Conduction LossHigh Side Switch Switching LossLow Side Switch Conduction LossLow Side Switch Switching LossLoss Caused by Schottky CapacitanceSchottky Conduction LossInductor Conduction LossInductor Core Loss6 三 、 MP1482/MP1484 引 脚 描 述 PIN 序号 PIN 名称 功能描述 1 BS boot
8、strap，高边驱动升压输入引脚，外接一个 0.01uF 或更大的电容从 SW 脚到此 BS 引脚，同时可串接一个 0 20 欧的电阻。电容起电荷泵作用，在高边 MOS 管导通时，给其提供驱动电源；电阻起防过冲作用，防止输出的方波产生尖峰。 2 IN 电压输入引脚 , 输入电压范围： 4.75V 18V，需就近加一个 Bypass电容。 3 SW 开关信号输出引脚，外接 LC 滤波电路。高边 MOS 管导通时， 12V 输入电源经过此高边 MOS，与外围的 LC 网络形成充电回路，低边 MOS管导通时，外围的电感产生感应电动势，经过滤波电容，再到此低边 MOS 管，形成放电回路，最终输出稳定的
9、直流电压。 4 GND 信号参考地 5 FB 电压反馈输入引脚，外接分压电阻，分压电阻放在输出到 GND 之间。通过分压电阻获得反馈电压，再与内部的参考电源（ 0.923V）比较，调整 PWM 信号的占空比，最终实现稳定输出电压的目的。 6 COMP 环路补偿引脚，外接 RC 补偿网络从 COMP 到 GND 来控制环路，当输出使用电解电容时（电解电容 ESR 较大），还需另外加一个电容从COMP 到 GND。 7 EN 使能输入引脚。高电平时（ =2.5V）打开电源芯片，低电平时（ =1.5V）关闭电源芯片。 8 SS soft-start 引脚，内部接有 6A 电流源，外部接一个电容到 G
10、ND，工作时内部电流源对外部电容充电， soft-start 时间到充电电压达到0.923V 时截止，可以通过调节外接电容容值来控制 soft-start 时间，从而满足系统中电源时序的要求。 7 四 、 MP1482/MP1484 内 部 结 构 MP1482/MP1484 是一款内置两颗 MOS 管的同步整流降压 DC-DC，并且属于电流型的控制方式。 电流型控制模式：具有快速动态响应，自动过流保护，易于补偿等优点。电流反馈环路由电流检测电路和斜坡补偿电路构成，电流检测电路检测电感电流的变化，与斜坡补偿电路相叠加，与误差放大器的输出比较，控制占空比，从而控制功率管的导通与关断。 基本思路：
11、反馈电压跟参考电压比较后得到 COMP 端电压， COMP 端电压决定了上管峰值电流以及占空比，而占空比变化控制输出电压变化，从而达到负反馈控制目的。 软启动：启动时候由于刚开始 FB 的电压小于 0.3V，系统进入 100KHZ 工作模式。应用软启动时，内部的电流源（ 6uA）给软启动电容充电，当 SS 脚电压达到 0.923V 时，软启动结束。 为什么需要软启动？除了控制时序外，还有一个重要原因就是保护负载。硬启动电路刚开始工作时，由于输出电容上并没有积蓄能量，因此电压很低，电路的反馈回路检测到低电压值时，将会采用最宽的 PWM来尽快使输出电压上升，但是此过程由于反馈回路反应很快，因此容易
12、造成电流过冲，损坏电路元件。 输出过压保护：当 FB 超过 1.1V 时，输出 OVP 电平，使 SS PIN 和 COMP PIN 电平置零。 输出过流、短路保护：每个周期都对上下管电流进行监控。当输出对地短路时，上管限流电阻所采样的电压达到所限流点（ MP1482 典型为 3.4A），芯片工作频率为 100KHZ，并且8 COMP PIN 被钳位，芯片以最小占空比模式运行。 输出过流、短路时 SW 输出信号如下图： 五 、 MP1482/MP1484 电 路 设 计 9 注：经与 FITIPOWER 确认，第 6 PIN（ COMP）与 FR9886（ NC）和 FR9887（ PG）定义
13、不同，但电路设计时可完全兼容，可直接参照上图设计。 六 、 外 围 器 件 选 型 1. 输出分压电阻（ R1,R2） 输出电压由反馈电阻 R1,R2 设定，公式如下： R1 的值根据需要输出的电压值计算得到 注： A，反馈电阻精度要高，一般选择 1%精度 B，最低电压可低到 0.923V，适合 1.0V 以上的输出电压 2. 电感的选择 A， 感值 B， 输出电流 电感输出电流规格包括 Isat 和 Irms。其中， Isat 是指磁介质的饱和电流，一般指电感值下降 30%时的电流值； Irms 是指温升电流，一般指在常温 25 度，电感温度上升40 度时的电流值。 我们选择电感时，实际使用
14、的电流必须小于这两个电流规格的最小值，且需留有一定的裕量。 举个例子： TDK 5045 系列 4.7UH 电感的参数如下 R2的 的 型 值 为 10K10 感值与电流和温度的关系曲线如下图： 电感纹波电流 电感峰值电流为 Iout+IL/2 饱和电流通常为电感峰值电流的 1.25-1.5 倍。 C， 电感的材质 铁氧体：开气隙后可以用于滤波，高频特性很好，但是过流后很容易饱和，硬饱和特性（饱和后等效短路），体积较大。 铁硅铝：价格稍高，电感系数稍低（需要更多的铜），软饱和特性。 铁粉芯：价格最低，电感系数高（用铜最省），基本不饱和。 MP1482的开关频率为 380kHz，因此可选用铁氧体
15、磁心材料。 3. 输入电容 主要选择要点： 容值、耐压、 ESR、纹波电流有效值（ Irms）等 为了达到最好的性能，一般同时选用铝电解电容（ LOW ESR）和瓷片电容（ X5R 或 X7R）。 1) 输入纹波电流有效值 Irms 估算： fLVinVoutVVI OUTINL = )(11 当 D=50%或 Vin=2Vo 时， Irms 最大，为 1/2Iout 2) 输入纹波电压估算： C1 为输入电容 目前我们使用 12V 电源适配器输入，一般使用一个 470uF/25V 电解电容、一个 10uF 瓷片电容，以及一个 0.01uF 瓷片电容作为输入电容，具体需根据实际测试情况微调。
16、4. 输出电容 与输入的电容一样，一般同时选用铝电解电容（ LOW ESR）和瓷片电容（ X5R 或 X7R）。 输出电容的选择主要关注的是电压纹波，估算方法如下： A， 如果用电解电容，输出电压纹波主要由 ESR 引起。要降低纹波，主要是要减小 ESR 当 ESR 选定后，容量就可以确定： B， 如果用瓷片电容， ESR 很低，输出电压纹波主要由 COUT 引起。 耐压选择 对于电解电容和陶瓷电容，耐压应为 1.5 倍以上输出电压；对于钽电容，耐压应为 2 倍以上输出电压 目前一般选用一个 470uF/25V 电解电容、两个 10uF 瓷片电容，以及一个 2.2uF 和一个0.1uF 的瓷片
17、电容作为输出电容，具体需根据实际测试情况微调。 5. 补偿电路阻容（ R6、 C12、 C13） OUTOUTESR IVRSESROUT fRC pi210SOUTOUTOUT fVIC 812 1） 首先选择补偿电阻 R6 R6 的大小跟带宽成正比，而带宽一般选择在开关频率的十分之一或者更小；而带宽太大则会影响到系统的稳定性，表现在开关波形不稳等；而太小则动态特性变差，过冲变大。计算公式如下： 其中，Co为输出电容， fc为穿越频率（一般选择低于 1/10工作频率），Vout为输出电压，Vfb=0.923V,Gea=800uA/V, Gcs=3.5A/V,Fs=340K(工作频率) 由上可
18、看出， R3的大小与 Vout成正比， Vo较低时配合的 R6也较低， R6一般选择 1K 20K。 2） 选择补偿电容C12，来选择相位余量 当R6确定后，需确定C12的值，R6、C12共同决定了系统的相位裕量，计算公式如下： 相位裕量：在回路增益等于0dB（单位增益）的频率下，反馈信号的总相移与180o之差（以度为单位）。对开关稳压器而言，则需要4050度的相位余量（越多越好）。 C12一般选择 1nF 10nF。 注：当占空比很小的时候,比如输出1V或者1.2V时候,推荐把C12加大到10nf使得系统更稳定。 3） 若输出电容使用电解电容（由于电解电容等效阻抗ESR比较大），建议增加 C
19、13 C13是为了消除高 ESR电容对系统带来的影响 ,特别是高频部分的影响 .当输出电容的 ESR相对较大时 ,可以加上 C13消除其影响。计算公式如下： 其中， Co为输出电容容值， RESR为输出电容等效阻抗。 C13一般选 100 220pF 注：当 Loop不稳时，可适当调节 R6与 C12的参数,调整方向为增大 C12，减小 R6； 当需要加快 IC动态响应时，在LOOP稳定的前提下，可减小 C12,增大 R6。 6. soft-start 充电电容（ C11） 13 控制输出电压上升速度，可以减小输入冲击电流，调整时序。计算公式如下： 注： Css 即为电路图中的 C11 七 、
20、 MP1482/MP1484 效 率 与 输 出 电 流 曲 线 图 1) MP142 2) MP1484 14 八 、 PCB Layout 注 意 事 项 1) 红色标识的器件(C1、IC、L1、C2)是功率器件，应尽可能的紧凑 2) SW走线应尽量粗而短, 不要有过孔 3) 输入电容应该靠近芯片的VIN脚 4) 模拟地和数字地分开。两者单点连接。其中COMP, SS, FB, GND都是连接模拟地。如果有大面积的地，可以不分。 5) 反馈线尽量少打过孔, R1和R2尽量贴近IC放置 6) 用敷地来减小噪声 15 SOT-23-6 and SOT-8 Co-layout 注：SOT-23-
21、6与SOT-8差别，少了SS和PG（COMP）两个PIN脚。推荐型号：FR9801 2A 0.8V 九 、 MP1482 的 测 试 数 据 1 效率测试 16 2. 启动波形 3. 关断波形 17 4. 动态响应 18 5. 附FR9887/9889轻载高效时SW波形 负载电流小于200MA时，视为轻载 1） 负载电流200MA时，SW波形（小于200MA时，电流越小，Freq越小） 2） 负载电流300MA时，SW波形（大于200MA时， Freq维持340K不变） 19 十 、 常 用 DC-DC 芯 片 及 替 代 料 参 考 Manufacturer Part No. Vin Iou
22、t Frequency Vref Package 备注 MPS MP1482DN-LF-Z 4.7518 2A 340K 0.923 SOIC8 1.可直接替代，无需更改外围器件 2.其中FR9887带轻载高效 3.适合输出1.0V以上的电压 4.最大输出电流2A fitipower FR9886SOGTR 4.523 2A 380K 0.925 SOIC8 fitipower FR9887SOGTR 4.523 2A 380K 0.925 SOIC8 FEELING FP6188 出现过问题，不使用 4.7523 2A 340K 0.923 SOP-8L MPS MP1484EN-LF-Z
23、4.7518 3A 340K 0.923 SOIC8 1. 可直接替代，无需更改外围器件 2.其中FR9889带轻载高效 3.适合输出1.0V及以上的电压 4.最大输出电流3A fitipower FR9888SOGTR 4.523 3A 380K 0.925 SOIC8 fitipower FR9889SOGTR 4.523 3A 380K 0.925 SOIC8 FEELING FP6193XR-G1 4.7523 3A 340K 0.923 SOP-8L fitipower FR9891B 4.521 2A 340K 0.8 SOIC8 1. 可直接替代 ，无需更改外围器件 2.适合输出0.9V及以上的电压 3.最大输出电流2A RICHTEK RT7237A 4.517 2A 340K 0.8 SOP-8 fitipower FR9888B 4.523 3.5A 340K 0.8 SOIC8 1. 可直接替代，无需更改外围器件 2.适合输出0.9V及以上的电压 3.最大输出电流3A RICHTEK RT7257E 4.517 3A 340K 0.8 SOP-8
