专题：手把手学习硬件基础之手册阅读——开关电源MP1548

1、描述：MP1584是一个自带内部集成的高侧高压MOSFET电源的高频降压稳压器，它提供3A输出电流模式控制，快速环路响应和容易补偿。

4.5V至28V宽电压输入范围，适应各种降压应用，包括自动输入环境。可以应用于电池应用环境中最低100uA。

通过在轻负载条件下降低开关频率以降低开关和栅极驱动损耗，实现了宽负载范围内的高功率转换效率。

2、FEATURES

4.5-28V宽电压输入范围

可编程开关频率100K-1.5M

高效率的轻负载脉冲跳跃模式

采用陶瓷电容稳定

内部软启动

在没有限制的情况下带有设定电流上限电流感应电阻

3、APPLICATIONS

高压电源转换

汽车系统

工业电力系统

分布式电力系统

电池供电系统

4、TYPICAL APPLICATION

5、ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 绝对最大额定参数

输入电压 -0.3V TO +30V

开关电压 -0.3V TO VIN +30V

BST to SW -0.3V TO +6V

ALL Other Pin -0.3V TO +6V

Continuous Power Dissipation 连续功耗 25°下不能超过2.5W

Junction Temperature 工作温度 150℃

Lead Temperature 焊接温度 260℃

Storage Temperature 储藏温度 -65℃ to +150℃

Recommended Operating Conditions 推荐工作条件

Supply Voltage VIN ……………………… 4.5V to 28V

Output Voltage VOUT ……………………. 0.8V to 25V

6、PIN FUNCTIONS PIN脚说明

a、SW—-开关引脚。高侧开关的输出，需配备正向压降肖特基二极管对地。二极管必须靠近SW引脚减少开关尖峰；

b、EN—-使能输入。引脚低于指定阈值关闭芯片。拉高超过指定阈值使能芯片

c、COMP—-补偿引脚，该引脚是运放的输出。控制回路的频率补偿应用于这个引脚

d、FB—-反馈引脚。该引脚是运放的输入。输出电压由电阻分压设定连接在输出与GND之间，它讲Vout的比例降低到等于内部的+0.8V参考；

e、GND—-地平面，尽可能靠近输出电容，以缩短高电流开关路径。

f、FREQ—-开关频率控制引脚，这个引脚连接一个电阻到地来设置开关频率；

g、VIN—-电源输入引脚，为所有内部控制电路提供电源。对地去耦电容必须放置在靠近这个引脚的地方使其尖峰切换较小；

h、BST—-自举引导，这是内部浮动高侧MOSFET驱动管的正电源，在这个引脚和SW之间连接一个旁路电容

MP1584是一个可调频率，非同步，降压开关稳压器，并且集成高侧高压电源MOS管。它提供了一种高效的电流模式控制解决方案，可实现快速的回路响应和易于补偿。

IC提供输入电压范围宽，内置软启动控制，限流精度高；

PWM Control

由中等到高输出电流时，MP1584工作在固定频率，峰值电流控制调节输出电压。PWM周期由内部时钟启动；功率MOS管打开并保持打开方法设置的值比较电压，当电源开关关闭时，它在下一次之前至少保持关闭100ns 周期的开始。如果，在一个PWM周期，功率MOSFET的电流没有达到COMP设置的电流值，功率MOSFET保持开，节省关断操作。

Error Amplifier 误差信号放大器

误差放大器将FB引脚电压与内部基准(REF)进行比较，并输出与两者之差成比例的电流。输出电流然后用来给外部补偿网络充电，形成COMP电压，COMP电压用来控制功率MOSFET电流。

在运行过程中，最小COMP电压箝位到0.9V，最大箝位到2.0V。在关机模式下，COMP在内部下拉到GND。COMP不能超过2.6V

Internal Regulator 内部监控器

大部分内部电路由2.6V内部稳压器供电。该调节器接受VIN输入，并在全VIN范围内工作。当VIN大于3.0V时，稳压器的输出处于完全调节状态。当VIN低于3.0V时，输出减小

Enable Control 使能控制

MP1584有一个专用的使能控制引脚(EN)。在输入电压足够高的情况下，可以通过具有正逻辑的EN使能和使能芯片。它的下降阈值是精确的1.2V，上升阈值为1.5V(高300mV)。

当浮动时，EN被内部的1µA电流源拉到3.0V左右，使能。要把它拉下来，需要1uA电流控制块。

当EN拉低到1.2V以下时，芯片进入最低关机电流模式。当EN大于零但低于其上升阈值时，芯片仍处于关机状态，但关机电流略有增加。

Under-Voltage Lockout(UVLO) 欠压锁定

采用欠压锁定(UVLO)来保护芯片在供电电压不足的情况下工作。UVLO上升阈值约为3.0V，下降阈值一致为2.6V

Internal Soft-Start 内部软起动

采用软启动的方式来防止转换器在启动过程中输出电压过冲。当芯片启动时，内部电路产生软启动电压(SS)从0V上升到2.6V。当它低于内部参考(REF)时，SS覆盖REF，所以误差放大器使用SS作为参考。当SS大于REF时，REF恢复控制

Thermal Shutdown 过热保护

热关闭是为了防止芯片在过高的温度下工作。当硅模温度高于它的上限时，它会关闭整个芯片。当温度低于其下限阈值时，芯片重新使能。

Floating Driver and Booststrap Charging 浮动驱动程序和Bootstrap充电

浮动功率MOSFET驱动器由一个外部自举电容器供电。这个浮动驱动程序有自己的UVLO保护。这UVLO的上升阈值为2.2V，阈值为150mV.

自举电容器被充电和调节到大约5V由专用的内部自举调节器。当BST和SW节点之间的电压低于其调节电压时，连接VIN和BST的PMOS通晶体管被打开。充电电流路径为VIN – BST – SW。外部电路应提供足够的电压净空空间，以方便充电。

只要VIN足够高于SW，自举电容器就可以充电。当功率MOSFET是ON时，VIN大约等于SW，所以自举电容不能被充电。当外部二极管打开时，VIN和SW的差值最大，这是充电的最佳时期。当电感中没有电流时，SW等于输出电压VOUT，因此两者之差VIN和VOUT可用于自举电容器充电。

在较高的占空比操作条件下，可用于自举充电的时间周期较短，因此自举电容器可能无法充分充电,

在内部电路没有足够的电压和自举电容器不充电的情况下，可以使用额外的外部电路来确保自举电压在正常的操作区域。引用外部应用部分的自举二极管

浮动驱动器的直流静态电流约为20 μ A。确保西南节点的流血电流高于这个值，以便

Current Comparator and Current Limit 电流比较器和电流限制功率MOSFET电流通过电流感应MOSFET被准确地感知。然后将其送入高速电流比较器进行电流模式控制。电流比较器将这种感应到的电流作为它的输入之一。当功率MOSFET打开时，比较器首先被关闭，直到打开过渡结束，以避免噪声问题。比较器然后比较电源开关电流和COMP电压。当被测电流高于COMP电压时，比较器输出较低，关闭功率MOSFET。

Startup and Shutdown 如果VIN和EN都高于适当的阈值，芯片启动。参考块首先启动，产生稳定的参考电压和电流，然后内部调节器被启用。调节器为剩余电路提供稳定的供电，当内部供电轨道是向上的时候，内部定时器保持功率MOSFET OFF大约50个µs使启动故障变为空白。当内部软启动块被启用时，它首先保持其SS输出低，以确保剩余电路准备好，然后慢慢上升。

有三种情况可以关闭芯片:EN low，VIN低和热关闭。在关机过程中，电源MOSFET首先关闭，以避免任何故障触发。COMP电压和内部供电轨然后被拉下来 Programmable Oscillator 可编程振荡器

MP1584振荡频率由外部电阻设定，Rfreq从FREQ引脚到地。Rfreq的值可以由

7、APPLICATION INFORMATION

COMPONENT SELECTION 部件选择

Setting the Output Voltage 设置输出电压

输出电压使用从输出电压到FB引脚的电阻分压器设置。

分压器将输出电压按比率除以反馈电压

公式可变换为

当MP1584空载时，输出端可以看到来自高侧BS电路的大约20 μ A电流。为了吸收这少量的电流，保持R2在40KΩ以下。R2的典型值可以是40.2kΩ。有了这个值，R1可以由

例如，对于3.3V的输出电压，R2为40.2kΩ， R1是127kΩ。

Inductor 电感器

电感器需要在被开关输入电压驱动的同时向输出负载提供恒定的电流。较大的电感值将导致更小的纹波电流，从而导致更低的输出纹波电压。然而，较大值的电感器会有较大的物理尺寸，较高的串联电阻，和/或较低的饱和电流

确定电感使用的一个好规则是允许电感中的峰值纹波电流约为最大开关电流限制的30%。此外，确保峰值电感电流低于最大开关电流限制。电感值可以用

其中VOUT是输出电压，VIN是输入电压，fS是开关频率，ΔIL是峰峰值电感纹波电流

选择一个在最大电感峰值电流下不会饱和的电感。电感器的峰值电流可以用

其中ILOAD为负载电流

表1列出了来自不同制造商的一些合适的电感器。选择哪种风格的电感器使用主要取决于价格vs.尺寸要求和任何EMI要求

Output Rectifier Diode 输出整流二极管

当高侧开关断开时，输出整流二极管向电感提供电流。为了减少由于二极管正向电压和恢复时间造成的损失，使用肖特基二极管

选择最大反向电压额定值大于最大输入电压，额定电流大于最大负载电流的二极管

Input Capacitor

降压变换器的输入电流是不连续的，因此需要一个电容在保持直流输入电压的同时向降压变换器提供交流电流。使用低ESR电容器的最佳性能。陶瓷电容器是首选，但钽或低esr电解电容器也可以.

为简化操作，应选择额定有效值大于最大负载电流一半的输入电容

输入电容(C1)可以是电解电容、钽电容或陶瓷电容。当使用电解电容器或钽电容器时，应将0.1μF的小型高质量陶瓷电容器放置在尽可能靠近IC的位置。当使用陶瓷电容器时，要确保它们有足够的电容提供足够的电荷，以防止输入电压过大纹波。电容引起的输入电压纹波可以用

Output Capacitor

输出电容(C2)用于维持直流输出电压。推荐使用陶瓷、钽或低ESR电解电容器。为了使输出电压纹波较低，首选采用低ESR电容。

输出电压纹波可以通过

其中L为电感值，RESR为输出电容的等效串联电阻(ESR)值

对于陶瓷电容器，开关频率处的阻抗由电容决定。输出电压纹波主要由电容引起。为了简化，输出电压纹波可以用

在钽或电解电容器的情况下，在开关频率ESR占主导地位的阻抗。为了简化，输出纹波可以近似为

输出电容的特性也会影响调节系统的稳定性。MP1584可优化为大范围的电容和ESR值

Compensation Components

MP1584采用电流模式控制，易于补偿和快速瞬态响应。通过COMP引脚控制系统的稳定性和瞬态响应。COMP引脚是内部误差放大器的输出。串联电容-电阻组合设置零极组合来控制控制系统的特性。电压反馈回路的直流增益由

式中AVEA为误差放大器电压增益，200 V / V;GCS为电流感应跨导，9A/V;RLOAD为负载电阻值。

这个系统有两个重要的极端。一是由于补偿电容(C3)，误差放大器的输出电阻。另一种是由于输出电容和负载电阻。这些极点位于

式中，GEA为误差放大器跨导，60μA/V

由于补偿电容(C3)和补偿电阻(R3)，系统有一个重要的零。这个零点的位置是

如果输出电容有一个大的电容和/或高ESR值，系统可能有另一个重要的零。由于输出电容的ESR和电容，零点位于

在这种情况下(如图2所示)，由补偿电容(C6)和补偿电阻(R3)设置的第三极用于补偿ESR零对环路增益的影响。这个极点位于

补偿设计的目标是塑造变换器的传递函数，以获得理想的环路增益。反馈回路具有单位增益的系统的交叉频率是很重要的。较低的交叉频率会导致线路和负载瞬态响应变慢，而较高的交叉频率会导致系统不稳定。一个好的经验法则是将交叉频率设置为开关频率的约十分之一。表3列出了不同输出电容和电感对某些标准输出电压的补偿元件的典型值。

对补偿元件的值进行了优化，使其在给定条件下具有快速的瞬态响应和良好的稳定性

为了针对表3中未列出的条件优化补偿组件，可以使用以下过程

1. 选择补偿电阻(R3)来设置所需的交叉频率。确定R3的值

fC是期望的交叉频率

2. 选择补偿电容(C3)以达到所需的相位裕度。对于具有典型电感值的应用，将补偿零点fZ1设置在交叉频率的四分之一以下可以提供足够的相位裕度。根据下列公式确定C3的值

3.确定是否需要第二个补偿电容器(C6)。如果输出电容的ESR零点位于开关频率的一半以下，或以下关系是有效的

如果是这种情况，那么添加第二个补偿电容(C6)，以设置极fP3在ESR零点的位置。确定

C6值由式得出:

High Frequency Operation 高额补偿

MP1584的开关频率可通过外接电阻编程至1.5MHz

开关频率越高，电容的感应电抗(XL)占主导地位，因此输入/输出电容的ESL决定了开关频率越高时的输入/输出纹波电压。因此，强烈建议采用高频陶瓷电容作为这种高频工作的输入解耦电容和输出滤波电容

当设备切换频率较高时，布局变得更加重要。它是必不可少的输入解耦电容，捕获二极管和MP1584 (Vin pin，SW引脚和PGND)尽可能接近，导线非常短，相当宽。这可以帮助大大降低电压尖峰上同时降低电磁干扰噪声水平。

尽量使反馈轨迹远离电感器和噪声功率轨迹。这通常是一个好主意，运行反馈跟踪在PCB的对面电感与接地平面分开两个。补偿组件应该放置在靠近MP1584的位置。不要将补偿元件放置在高dv/dt SW节点附近或以下，也不要放置在高di/dt功率回路内。

如果一定要这样做，适当接地平面必须到位，以隔离那些。开关损耗预计在高开关频率。帮助提高热传导，一格一格的热传导孔可以在暴露的衬垫下创建。它建议小一点(15mil 桶径)使孔本质上是在电镀过程中填充，从而帮助传导到另一边。洞太大在焊接过程中是否会导致“焊料吸干”问题再流焊过程。球场(距离在几个这样的热力中心之间)

一个地区的通孔一般为40mil 。

External Bootstrap Diode 外部自举二极管

当输入电压不大于5V或系统有5V导轨时，建议加外置自举二极管。这有助于提高调节器的效率。自举二极管可以是一个低成本的一个，如IN4148或BAT54

该二极管也推荐用于高占空比操作(当VOUT /VIN >65%)或低< 5 VIN (VIN)的应用程序

在空载或轻载时，变换器可以以脉冲跳变方式工作，以保持调节中的输出电压。因此，刷新BS电压的时间更少。为了在这样的工作条件下有足够的栅极电压，VIN -VOUT的差值应大于3V。例如，如果VOUT设置为3.3V, VIN需要大于3.3V+3V=6.3V才能在空载或轻载时维持足够的BS电压。为了满足这一要求，EN引脚可用于将输入UVLO电压编程到Vout+3V