MAX15301数据手册中文版
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MAX15301是一个全功能,高效,数字化的点负载(POL)控制器与先进的电源管理和遥测功能与PID 为基础的数字电源稳压器,MAX15301采用Maxim拥有专利的Intune的™自动补偿,状态空间控制算法。
Intune 的控制律是有效的小信号和大信号响应,占占空比饱和度的影响。
这消除了需要用户以确定和设置的阈值从线性转换到非线性模式。
这些能力在快速环路的瞬态响应,并减少输出电容器的数量相比,竞争的模拟和数字控制器。
MAX15301包含多种功能,以优化效率。
内部开关BabyBuck的稳压器可产生栅极驱动器和内部偏置电源,低功耗的控制器。
一种先进的,高效率的MOSFET的栅极驱动器,具有自适应非重叠定时,而连续调整的高侧和低侧的定时和驱动电压的全范围内的电压,电流和温度,以尽量减少开关损耗。
MAX15301设计最终客户的设计环境的初衷。
上的PMBus™兼容的串行总线接口进行通信的监控器监控和故障管理。
全套的电源管理功能,无需复杂和昂贵的测序和监控IC。
基本的DC-DC转换操作,可设置通过引脚搭接,并不需要用户配置固件。
这使得电源子系统的快速发展前完成板级系统的工程。
Maxim提供支持的硬件和软件配置MAX15301 ,MAX15301可在32引线,5mm×5mm TQFN封装,工作在-40°C至+85°C的温度范围内。
特征:
1.Intune的自动补偿功能可以确保稳定,同时优化瞬态性能
2.在快速瞬态响应减少输出电容的非线性补偿结果
3.差分远端电压传感允许±1%V OUT精度在整个温度范围内(-40°C至+85°C)
4.PMBus接口用于配置,控制和监测
5.支持电压定位
6.提高效率(自适应非重叠时序驱动器)
7.4.5V至14V的宽输入电压范围
8.高效片上BabyBuck稳压器的自偏置
9.输出电压范围从0.5V到5.25V
10.进入预偏置输出启动
11.可配置的软启动和软停止时间
12.固定工作频率同步(300kHz至1MHz)
13.灵活的排序和故障管理
14.引脚手动跳线配置(输出电压,从机地址,开关频率,电流限制)
15.可以快速原型
图表
典型工作电路
详细描述
MAX15301是一种创新的,兼容PMBus命令,混合信号的电源管理芯片,对数字负载点来说这种芯片内置一种高性能数字PWM控制器。
MAX15301是基于MAXIM的InTune 自动补偿数字PWM控制环路。
它提供了快速环路带宽使外部器件数最小。
MAX15301有数字电源管理和数字电源转换的最佳分区,使启动时间最小而且减少偏置电流,这种芯片附带了默认PMBus命令值,可以接受电阻值重新设置参数,确保在任何命令写之前可以即插即用。
这提供了设计的灵活性并且允许快速产品开发。
MAX15301支持超过80条标准和厂商指定的PMBus命令。
MAX15301使用自适应补偿技术来处理广泛的时间,电压,电流,温度和外部器件参数的变化。
MAX15301结合了一条电压反馈回路。
负载信息扩展了有用的带宽超出了强加在传统模拟或者数字反馈稳定性约束的限制,从而提高了调节器的负载瞬态响应。
效率优化技术包括自适应栅极驱动和对偏压内部电路模块的开关模式BabyBuck偏置调节器和MOSFET的栅极驱动,进一步增强MAX15301的性能。
MAX15301是以集成电源转换从单一输入供应来自偏置它的数字,模拟和驱动模块为特点的。
MAX15301依靠混合信号设计技术来精准有效地控制电源系统。
它不需要其他软件来配置或初始化设备。
除此之外,通过SMBus接口使用标准PMBus命令来使一些功能被监管或配置,这导致了容易设计和灵活性。
控制环路与housekeeping,电源监控和故障管理模块分离开来。
控制环路被存储在一种芯片中非易失的快速内存里。
一个内部的微控制器使用SMBus接口来监管正在运行的条件。
DPWM控制环路可以使用专用的状态机器来实现,在这些控制环路中没有DSP和MCU。
在优化性能的同时,这部分允许使电源消耗最小的结构。
功能表显示了通过使用非线性数字状态空间补偿控制器,微控制但愿,一条自适应门驱动线路,PWM,基于锁相环控制的定时发生器,一种PMBus系列的通信端口来实现控制器。
MAX15301以一种高速系列的端口为特色,这种端口使用了maxim公司应用的GUI可以实时,无损害地对控制环路动态进行评估。
频域和时域环路分析不需昂贵的实验设备就能实现。
这使得在预期工作条件范围内实现快速设计认证。
状态空间控制器和DPWM
MAX15301使用一种数字脉冲宽度调节控制方案来控制输出电压。
对DC-DC转换器来说,传统的PWM控制器(数字或模拟)使用古老的控制办法,这种方法基于一种抽象时域和基础轨迹的线性模型。
对小信号来说,这种线性时不变的近似值会使用的很好。
然而,当大的瞬时信号导致了占空比饱和的时候,闭合环路的性能将被退化,输出瞬时信号将变慢。
在这些干扰下,更严格的调节性能将变成一种必需品。
MAX15301通过使用基于非线性反馈设计的预测模型来补偿DPWM,这样解决了问题。
MAX15301自动构建控制设备的一种非线性状态空间模型。
内部模型能接近那些不可用的状态控制变量。
状态控制变量被用来设置适当的参数值。
对于指定的输入到输出的降压
比例和PWM开关频率,MAX15301对那种应用设置了补偿系数,通过输出使能端或对PMBus命令的回复,MAX15301将执行InTune校准。
在这种校准下,几个电源传输参数值将被测量出,提取的参数将被用来创造内部模型来优化转换器的带宽和瞬态响应。
状态空间补偿模块为DPWM模块产生占空比命令,DPWM模块为驱动程序产生所需的DPWM输出电压。
当产生栅极驱动电压,状态空间控制模块包含一个数字信号——模拟信号的转换器。
栅极驱动电压可以通过使用PMBus命令来被设置在5V和8.5V之间来改善电源应用的效率。
自适应栅极驱动
在功能图表中自适应栅极驱动模块单独控制了高端和低端的场效应管来优化死区时间。
在给定的应用电路下,MAX15301通过测量来自控制器启动命令到在LX节点上高达1ns分辨率的实际变化的延迟时间来测量电源传播延迟。
这就允许了通过使死区时间最小来使实时效率优化而防止被击穿。
不像其他产品的同部分,为了改变工作条件,MAX15301的自适应死区时间可以补偿实时性。
BabyBuck调节器
MAX15301有一个内部BabyBuck偏置调节器来产生栅极驱动电压和给内部数字电路通电以此来给控制器上电。
BabyBuck偏置调节器是一个内部两个输出开关调节器,它使用了一个很小,价格低廉的电感。
如果用户不考虑优化工作效率,电感可以从设计中忽略(用一个100k欧的电阻来连接LBI引脚和PWR引脚)。
在这种配置下,偏置调节器作为一个线性调节器在工作。
如果外部栅极驱动电压可用,LBI引脚可以通过2k欧的电阻与V IN连接,GDRV引脚可以和外部电源连接。
数据选择器和模数转换器
MAX15301包含了一个内部12位的模数转换器和16个输入端的数据选择器来测量多个内部和外部的工作参数,包括输入电压、内部和外部的温度。
温度检测输入引脚(TEMPX)使用一只标准的2N3904晶体三极管基极和发射极连接可自动执行温度测量。
当设备与TEMPX引脚连接时,对温度故障和电流测量温度补偿,MAX15301使用外部温度信息,否则对于温度补偿参数,它依靠MAX15301的内部温度检测。
调节和监控功能
MAX15301包括一个广泛的可配置的电源管理和监控功能。
调节器可以被PMBus命令,引脚搭接、(高或低)或通过连接外部电阻来配置。
MAX15301提高了系统的可靠性,它给许多保护调节器和负载免受意外的系统故障的电路供电。
MAX15301可以连续监控输入电压,输出电压,电流,内部和外部的温度。
对于特定条件下的监管系数,MAX15301可以被配置来提供警报。
这些阈值和这些参数的响应都有出厂默认值,也可以通过PMBus接口来配置。
电源的状态可以在任何时间通过一条PMBus指令来查询。
调节器参数
在MAX15301中的许多参数通过使用引脚搭接,电阻或者PMBus命令式可以被配置的。
对用户来说,在确保设备有一个明确定义的“开箱即用”的工作状态,这位用户提供了灵活性。
在电源首次使用时,引脚的配置是可以尝试例子。
在这种初始工作状态下,对用户来说,使用PMBus命令来改变参数是可能的。
这些改变可以保存在非易失的内存中,而且在新存储的配置状态下,设备将一直启动。
然而,对于具体应用来说,建议应用引脚搭接或者电阻设置,而且它们值的选择是提供一个已知的初始特性。
对于引脚搭接的设置不需要外部器件。
当使用这种方法时,每个引脚会被连成高电平或低电平。
每个引脚搭接会设置一个作用,正如在引脚设置部分定义的那样。
从SGND到一个设置的引脚连接一个电阻可以允许更大范围的设置。
例如,通过在SET
引脚和SGND引脚间连接一个明确值的电阻,V OUT可以被设置为许多预定义的值,正如数据手册中V OUT设置部分描述的那样。
输出电压的选择
SET引脚被用来建立初始输出电压。
SET可被设置成高电平或低电平或连接一个电阻来选择电压值,在如表2所示。
在SGND和SET引脚之间连接一个电阻将输出电压设置成表2所示值中的一个。
许多应用使用一个电阻设置初始输出电压来初始化调节器的输出电压,然后发出一条PMBus命令,VOUT_COMMAND,来调节输出到一个更高分辨率的新设置点。
输出电压可以被设置成0.5v和5.25v之间的任何电压,包括启动电压,通过一个符合占空比规范的数使给DC-DC转换器提供的输入电压要大于输出电压。
对于电压设置点的分辨率(1.2mv),请查阅电子特性表,对于目标输出电压V OUT输出电压的准确度要大于等于1v。
SET引脚在启动时能被读出来,在那之后而不能用来改变输出电压。
相反使用PMBus工作指令来给新电压提供一个可控的斜坡电压。
振荡器
MAX15301包括一个内部振荡器和锁相环来给内部电路提供时钟信号。
内部锁相环在SYNC引脚下与外部方波源可以同步。
同步频率范围在300KHz到1MHz。
开关频率选择
在SYNC和SGND之间连接一个外部电阻或引脚搭接或使用PMBus命令,开关频率可在300KHz到1MHz内调节。
作为一个指导原则,低频率可以被用来提高效率。
高频率可以被选择用来减小外部滤波电感和电容的物理尺寸和值。
对于实现小型化和高效率,600KHz 的开关频率是个好选择。
外部同步
MAX15301可能被配置与外部时钟同步来消除在输入和输出电压线路上的噪声或通过外部时钟源与SYNC引脚连接,减小均流。
每次上电和SYNC项被选择时,MAX15301会自动检测在SYNC输入的时钟信号。
那时,MAX15301会与外部时钟信号的上升沿同步。
新的时钟信号必须在300KHz到1MHz范围内,而且一定要稳定。
在启动序列的时候,MAX15301读取SYNC引脚的连接。
当EN变为高电平时,如果没有新的时钟信号,根据表3,MAX15301使用内部振荡器来配置开关频率。
直到电源循环上电,SYNC引脚连接带来的随后变化才会影响开关频率。
在与外部时钟信号成功同步后正常工作的时候发生外部时钟信号的损失,MAX15301会自动切入它内部的振荡器而且转换一个接近于原始SYNC输入频率的频率。
使用外部电阻配置开关频率
表4列举了所需的电阻值来产生使用的开关频率。
将SYNC连成高或低电平设置了开关频率如表4所以范围的最高和最低。
ILIM和SMBus地址选择
ADDR0和ADDR1引脚是被用来选择MAX15301的电路限制水平(ILIM)和SMBus 的地址。
引脚搭接组合在表5中很详细。
外部的电阻可以和ADDR0和ADDR1连接来设置很多电流限制和地址组合。
记住SMBus说明书建议不适用突出的地址。
内部偏置
电源管理特性
MAX15301的控制电路时由一个内部产生低噪声的调节器在3V—3.6V范围内上电的。
MAX15301也有一个内部偏置调节器来产生1.8V来给内部数字电路供电。
内部调节器不是被设计用来给外部电路供电的。
将MAX15301的INSNS引脚与DC—DC转换器的输入电压PWR连接来监控输入的电源电压。
输入电压和欠压锁定
MAX15301提供一个内部欠压锁定的电路来监管在3P3和INSNS上的电压。
当3P3上电压低于V UVLO_3P3的阈值2.7V时,欠压锁定电阻会阻止MAX15301工作。
欠压锁定阈值有近似100mv的滞后来阻止输入电压在上升沿/下降沿的抖动。
1P8数字电源也有下降沿的欠压锁定阈值1.5V和100mv的滞后。
当设备处于欠压锁定时,输出开关会停止工作。
MAX15301也会监控DC-DC转换器在INSNS上的输入电压。
当在INSNS这个引脚的电压小于欠压锁定的阈值,MAX15301不会使DC-DC转换器工作。
INSNS会一直被MAX15301监管,每4us会被更新。
使用PMBus指令,用户可以读取测量值。
输出电压控制
使能端(EN)
MAX15301以一个硬件使能输入引脚和一个PMBus使能功能为特色。
对于使能功能的出厂默认:MAX15301可以通过硬件EN引脚变成逻辑高电平或发出一个PMBus使能指令来启动。
使能功能通过PMBus指令可以改变。
在默认情况下,当EN为有效电平时,校准会启动,在任何时间用PMBus指令ADAPTIVE_MODE,额外的校准都会被触发。
启动程序
MAX15301有一个上电复位电路,用来监控在3P3和INSNS输入端的电源电压。
当3P3和INSNS上电压都超过各自欠压锁定的阈值时,随后的自我测序会发生在为MAX15301启动做准备的时候。
1)内部的调节器会启动,1P8会被调节成1.8V。
2)自我检测和内存中CRC检测会运行。
3)读取引脚搭接或电阻设置,然后设置参数值。
4)确保没有阻止启动的故障。
5)检测外部同步时钟信号,如果使用,等100us来锁定。
6)开始等待使能信号。
在有效电源首次应用在MAX15301引脚之后,自我测序过程大约消耗5ms。
一旦这个过程完成,设备就准备好启动,而且使用PMBus接口来接收指令。
如果EN引脚与3P3相连,MAX15301将会忽略EN的状态直到自启动过程完成。
记住:没有用户固件能用来激活MAX15301.出厂默认与配置引脚设置结合起来对电路来说是足够的,可以用来在一个初始设置点和电流限制上调节补偿。
软启动,软停止,延迟,斜坡时间
MAX15301支持软启动和软停止功能。
t ON_RISE和t ON_FALL变量决定了软启动和软停止的时间。
t ON_RISE是VOUT所需的时间来上升到它的目标电压,而t ON_FALL是输出电压所需的时间来使它的调节电压下降到不足百分之十。
除此之外,用户可能希望从当使能信号变为有效电平到输出电压上升到目标值时设置一个延迟t ON_DELAY。
也可以在使能信号变低不能启动设备的时间和在输出电压下降到0V之间设置一个延迟t OFF_DELAY。
这些过度时间和延迟命令可以被用来控制快速涌入的电流和管理多个控制器的供电顺序。
这些延迟和上升时间可以使用PMBus指令来配置。
延迟和上升时间可以独立被控制。
延迟t ON_DELAY的默认设置是最小5ms,对上升t ON_RISE的默认设置是10ms。
一般建议设置t ON_RISE和t ON_FALL至少1ms来防止过电流。
上升要被确保是单调的。
注意:在软启动以后,MAX15301会立即启动InTune校准。
预偏置启动
在一种预偏置输出电压的条件下,MAX1501支持单调的软启动。
这种预偏置条件会发生在当电源电压启动前,已经在输出端有了电压。
这可能是由于预先充电的输出电容或者在
负载IC中将输出给另一个系统电源的寄生二极管。
当EN为有效电平时,MAX15301为预偏置电压的存在来检查输出。
如果预偏置电压比输出过电压的阈值高,MAX15301不会尝试软启动。
一旦电路检测到故障状态,状态寄存器的故障标志位会被标志,PG也会被拉低。
如果预偏置电压小于200mv,假设没有预偏置,启动会被执行。
如果预偏置电压大于200mv 但小于输出目标设置点,MAX15301会从预偏置电压开始上升直到目标调节设置点。
过电压阈值,tON延迟,上升时间参数可以使用PMBus指令更改。
电压跟踪
MAX15301支持从一个参考输入对输出比率跟踪。
为了选择跟踪模式,在SET引脚和SGND之间连接一个4.99K欧的电阻。
比例模式强迫MAX15301的输出用由内部反馈分频器和放在被追踪的电源和SGND之间的外部电阻分压器控制的一种预先设置的比例来追踪参考输入。
外部电阻分压器的中间应与CIO输入连接以致中间的电压不会超过1V。
在图六中,输出电压VOUT下游的调节是由反馈分频器,追踪电压,外部电阻分压器共同决定的。
为了简化外部电阻分压器的选择,建议将R1设为10K欧。
这就产生了如下的方程来决定R2。
对于最佳的电压调节,外部电阻分压器应该被设置以致想要的V OUT要比由指令控制的输出设置点电压稍高。
输出斜坡电压以致追踪V TRACK输入直到到达V OUT(SET)。
如果这种应用需要持续的比率追踪,V OUT(SET)应该设置的比想要的电压V OUT高,或设置为5.0V默认值。
在这种情况下,由于外部电阻的误差,会有一小部分调节的不准确。
输出电压排序
MAX15301输出电压排序通过用不通的开机延迟和上升/下降时间来配置每个单独的电源可以实现。
在排序期间,每个电源可以调节到一种不同的输出电压,而且所有的电压都被命令打开或关闭同时使用EN引脚。
对所有的设备来说,EN引脚一定要在排序组里被连接在一起。
输出电压极限
MAX15301支持输出电压极限,这可以用来检测不同电源电压的设计极限。
极限可以通过PMBus接口来设置。
假如输出值低于VOUT_MAX值,那输出电压通过指令被强制比它名义设置点高。
如果极限值设置的比VOUT_MAX高,那MAX15301会调节它的名义设置点和更新状态寄存器以显示在值上的冲突。
出厂默认的极限值来名义设置点基础上被设置为+-5%,通过使用PMBus指令可以改为+-10%。
分流
多个MAX15301电源可以被放置在一种并行分流配置下来增加电流容量或散发电源传输部件的热负荷。
MAX15301不需要PMBus来启动分流,但如果PMBus可以被使用,更多的灵活性会被启用。
虽然没有对有多少MAX15301可以被放置在分流模式有实际限制,但MaXim已经表示四台设备可以均流。
在图8所示的均流配置下,一个MAX15301被指定参考,其他MAX15301将会成为追随者。
对所有设备来说使能信号或者命令都是一样的,而且所有设备都被连在相同的输入电压下。
每个设备的CIO引脚都会被连在一起。
当所有的外部信号驱动时,所有设备的SYNC 引脚必须连在一起。
SMBus地址三位最低有效位以000结束的设备被指定为参考,其他追随设备从参考设备的地址连续地址递增来定义的。
追随设备将会使用参考设备的时钟(内部和外部)作为一个时钟基准。
相位和电流信息通过数字CIO引脚从参考设备到追随设备被传递出去。
图8是一种简化的应用图,显示了一个MAX15301作为参考设备,其内部振荡器通过SYNC引脚的电阻设置的频率来转换。
如表8所示,每个设备的相位是由地址设置的电阻决定。
(然而,对每个追随设备,用户可能会通过使用PMBus指令来给每个追随设备配置一个
相位偏移来减小VPWR电容的尺寸要求。
)参考设备也可以通过将参考设备SYNC输入与外部信号源相连来与外部时钟信号同步。
注意,如果用户通过PMBus指令来指定参考设备和成员状态,每个MAX15301的SYNC 引脚可能被连接在一起。
然而,即使在这个配置中,成员的相位通过CIO总线来通信。
如果没有外部时钟信号,MAX15301参考设备将使用它的内部时钟。
在这种应用下,所有的参考设备和追随设备的EN输入端将会被连在一起。
如果有必要而不影响操作的可靠性和冗余性,用户可以禁用任何一个设备。
如果追随设备中的一个失败,特定成员会关闭,电源也会关闭。
在均流配置下,过流故障响应由参考设备支持。
输出过电压保护
MAX15301提供一种内部输出过电压保护。
过电压的阈值有一个高于输出电压设置点12%的默认值。
通过PMBus,这个阈值可以被改变。
MAX15301可以连续监控输出电压,如果在输出检测引脚上电压超过过压的阈值,MAX15301会使PG输出变低,而且会立即关闭DC-DC转换器。
在默认配置下,MAX15301会连续监控输出电压,当默认条件不存在,DC-DC转换器会自动重新启动。
输出过电流保护
MAX15301有强大的过载保护。
在软启动完成后,MAX15301会检测到一个输出过载/短路的条件。
过电流阈值是通过IOUT_OC_FAULT_LIMIT设置的。
在默认条件下,MAX15301会进入打嗝模式,这种模式安全地试图重启调节器直到过电流的条件被清除。
在打嗝模式期间,设备将不会允许输出电流上升超过设置的IOUT_OC_FAULT_LIMIT。
通过使用PMBus指令,默认设置可以被改变。
故障处理
MAX15301检测输入电压,输出电压,输出电流和内部外部的温度。
故障阈值和响应是工厂设置的,但可能通过PMBus指令被改变。
故障检测通过PMBus可以单独启用或者禁用。
默认警告和故障限制是出厂设置的,如表9所示。
通过PMBus,对一种故障条件的响应可以被改变。
设备安全性
在MAX15301非易失性的内存存储了设备配置和状态补偿器参数。
在第一次启动,初始化过程在启动程序部分被描述出来。
安全措施在MAX15301中建立起来以致一个用户可以存储和锁定调节器的配置。
MAX15301支持两种不同的配置模式,默认模式和用户模式。
默认模式是模块供应商为了使用打算通过默认存储的PMBus命令来修改和保护设备配置。
用户模式适用于设备的最终用户,而且这种配置可以使用USER_STORE指令来存储。
当设备启动后,它可以使用USER_STORE配置和不被用户设备的默认设置参数。
这个MAX15301可以对具体指令写保护来防止对调节器的意外改变。
温度检测
除了检测自己内部的温度,MAX15301支持远程温度检测。
MAX15301使用 BE测量方法和在TEMPX输入端来计算温度。
这个技术被广泛应用因为它不需要传感器的校准。
任何PN结都会被当做一个温度传感器。
2N3904,2N2222三极管在uPs,FPGAs和ASICs集成热二极管都可用来作温度传感器。
如图9和图10所示,连接一个100pf的滤波电容可减少外部温度测量的噪声水平。
设备温度和热故障阈值通过PMBus接口可用程序控制。
热关闭阈值的默认值是125度。
对于低温和超温,MAX15301允许被配置的远程传感器的警告和故障阈值。
当它超过内部温度故障阈值时,MAX15301会关闭,PG信号会变低。
PG信号
PG信号时漏极开路输出,是用来显示当MAX15301准备好给负载提供被调节的输出电压。
在启动期间和在有故障的条件下,PG会变低。
在输出上升到一个高于POWER_GOOD_ON阈值的电压和InTune校准完成后,PG会被变为高,如果输出调节电压下降到低于POWER_GOOD_OFF阈值,PG将会变低。
PMBus数字接口
MAX15301是一种兼容PMBus的设备,包括许多标准PMBus指令。
一种兼容PMBus1.2使用系统管理总线 1.1来传输协议和对SMBus从属地址响应。
在这本数据手册里,术语SMBus通过使用SMBus物理层被用来指PMBus通信的电子特性。
术语PMBus被用来指PMBus指令协议。
MAX15301使用了六种标准SMBus协议(写字节,读字节,写字,独子,写模块,读模块)来用程序控制输出电压和警告和故障的阈值,读监控的数据,给访问生产商的特殊指令提供方便。
MAX15301也支持组命令。
组指令被用来给不止一台PMBus设备传送指令。
不需要所有设备接收相同的指令。
然而,在一组指令包中,不超过一条指令可以被发送给任何一台设备。
组指令不能和要求接收装置对数据进行响应的命令一起使用,例如STATUS_BYTE指令。
当MAX15301通过这个协议接收到一条指令,在检测停条件后,它开始立即执行接收的命令。
当数据字被发送时,地顺位的字节首先将被发送出去,然后高顺位的字节才被发送出去。
在任何一条字节里,最重要的位先发出去,最低有效位最后发出去。
设计程序
在选择开关频率和电感工作点(纹波电流比率)之前,稳固地建立输入电压范围和最大负载电流。
主要设计取舍在于选择一个好的开关频率和电感工作点,以下四个因素支配了其余的设计。
输入电压范围:最大值(V IN(MAX))必须适应最坏情况的高输入电压。
最小值(VIN(MIN))必须考虑由于连接器,保险丝盒电池选择开关导致下降的最低输入电压。
如果有一种选择,低输入电压导致更好的效率。
最大负载电流:有两个值要被考虑。
峰值负载电流决定了瞬间组件的压力和滤波的要求,因此决定了输出电容的选择,电感饱和等级和电流限制电路的设计。
连续的负载电流决定了热压力,因此决定了输入电容的选择,MOSFETS和其他关键的热传递组件。
对于多相系统来说,依靠当前电流的平衡每个阶段支持负载的一小部分。
当适当地平衡时,负载电流时均匀分布在每个阶段。
其中,N PH是活跃阶段的总数。
开关频率:这个选择决定了在大小和效率之间的取舍。
最佳的频率很大程度是最大输入电压的一个函数,因为MOSFET的开关损失,这个开关损失与频率和输入电压成正比。
最优频率也是一个可变的目标,因为使高频更使用的MOSFET技术的快速发展。
电感工作点:这种选择提供了在大小和效率,瞬态响应和输出噪声之间的取舍。
低电感值可以提供较好的瞬态响应和较小的物理尺寸,但是导致了较低的效率和较高的输出噪声,这是因为增加了纹波电流。
最小实际电感值是一个导致线路在临界传导的边缘工作。
(其中每个周期在最大负载处,电感电流刚好接触到零)低于这个值的电感值允许进一步削减规模效益。
最优的工作点是在纹波电流的30%-50%之间。
对于多相电路来说,选择一个LIR (电感纹波电流比)的值是0.4.
开关频率的选择
在选择一个降压控制器的输出滤波器的第一步是选择所需的开关频率(f SW)。
MAX15301将在300KHz-1MHz的频率范围内切换。
使用一个高频率可以减小外部滤波组件。