Данная статья носит обзорный характер и посвящена вопросу проектирования источника питания на базе известной микросхемы импульсного DC — DC преобразователя MP1484EN, применяемой в источниках питания электронных устройств разного назначения.
Ключевые слова: MP1484EN, DC — DC, Step-Down Converter, ESR, диода Шоттки
В современной электронной технике [2,3,4,5], на ряду с обычными линейными преобразователями напряжения, широкое распространения получили так называемые импульсные DC — DC преобразователи. В настоящее время на просторах радио рынков можно встретить различные импульсные преобразователи. В данной статье будет рассмотрен понижающий импульсный DC — DC преобразователь MP1484EN, информация на который была взята с технической документации [1].
Импульсный преобразователь MP1484EN является единым монолитным синхронным регулятором [1]. В устройство встроены MOSFET транзисторы способные пропустить в нагрузку ток амплитудой в 3А при широком диапазоне входного напряжения, от 4,75В до 18В. Управление токовым режимом в MP1484EN обеспечивает быструю переходную характеристику и ограничение по току. Регулируемый плавный пуск применяемый в MP1484EN предотвращает пусковые токи, возникающие при включении и выключении ключей. Технические характеристики MP1484EN представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики MP1484EN
|
Характеристики |
Параметры |
|
Входное напряжение |
4,75 В — 18 В |
|
Выходное напряжение |
0,925 В — 17 В |
|
Номинальный выходной ток |
1,8 А |
|
Максимальный выходной ток |
3 А |
|
Сопротивление канала MOSFET |
85 мОм |
|
КПД |
95 % |
|
Частота |
340 кГц |
|
Корпус |
SOIC 8 |
Данный импульсный регулятор [1,2,4] применяют в качестве источника питания FPGA (программируемые вентильные матрицы), ASIC (интегральные схемы специального назначения), DSP (цифровые процессоры обработки сигналов), а также в LCD телевизорах и ноутбуках. Базовая схема включения MP1484EN представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Базовая схема включения MP1484EN [1]
На рисунке 1 показана стандартная базовая схема включения для получения выходного напряжения 3,3 В с амплитудой тока 3 А. Назначение выводов MP1484EN представлено в таблице 2.
Таблица 2
Назначение функциональных выводов MP1484EN
|
Вывод, номер |
Имя |
Описание |
|
1 |
BS |
Питание драйвера N — канального MOSFET ключа. Соединить конденсатор номиналом 0,01мкФ между выводами SW и BS. |
|
2 |
IN |
Вход питания импульсного преобразователя. Входное напряжение должно лежать в пределах от 4,75В до 18В. |
|
3 |
SW |
Выход импульсного преобразователя. |
|
4 |
GND |
Общая точка вывод 4. |
|
5 |
FB |
Вход обратной связи, детектирует выходное напряжение и поддерживает его. Использует делитель напряжения. Порог обратной связи 0,925В. |
|
6 |
COMP |
Узел компенсации. COMP используется в цепи регулятора. Требует наличие последовательной цепи RC соединенной с общей точкой. |
|
7 |
EN |
Вход включения. Цифровой вход включает или отключает регулятор. Высокий уровень включает, а низкий отключает. Вход EN требуется подтянуть резистором 100кОм. |
|
8 |
SS |
Программный старт. Соединить конденсатором выводы SS и GND. Конденсатор наминала 0,1 мкФ устанавливает период мягкого старта. равный 15мс. Для отключения мягкого старта вывод SS можно не подключать. |
Установка выходного напряжения. Выходное напряжение формируется за счет обратной связи, реализуемой как делитель напряжения, вход которого подключен к выходу SW, а средняя точка соединена с входом обратной связи FB. Для расчета выходного напряжении [1] используется выражение (1).
(1)
R2 может быть номиналом 100кОм, обычно его приминают равным 10кОм. В таблице 3 приведены рекомендованные значения резисторов R1 и R2.
Таблица 3
Рекомендованные номиналы резисторов R1 иR2
|
Напряжения выхода, В |
R1, кОм |
R2, кОм |
|
1,8 |
9,53 |
10 |
|
2,5 |
16,9 |
10 |
|
3,3 |
26,1 |
10 |
|
5 |
44,2 |
10 |
|
12 |
121 |
10 |
Исходя из таблицы 3 резистор R1 целесообразно использовать построечный или однопроцентный.
Выбор индуктивности L. Индуктивность должна отдавать постоянный ток в нагрузку в моменты коммутации ключей [1]. Чем больше значение индуктивности, тем меньше ток пульсации, который приводит к снижению напряжения пульсации на выходе импульсного преобразователя. Индуктивность [1] может быть определена из выражения (2).
(2)
где 
— выходное напряжение, В;
— входное напряжение, В;
— частота коммутации, Гц;
— разность токов от пика до пика, А.
Следует выбирать индуктивность, которая не будет насыщаться от максимального тока. Расчет пикового тока индуктивности показан выражением (3).
(3)
где 
— ток нагрузки, А.
Для увеличения надежности работы силового ключа следует применять диод Шоттки. В Таблице 4 приведен пример конкретного применения модели диода Шоттки [1].
Таблица 4
Пример использования диодов Шоттки
|
Модель |
Ток, А / Напряжение, В |
|
B130 |
30/1 |
|
SK13 |
30/1 |
|
MBRS130 |
30/1 |
Выбор входного конденсатора С1. Входной ток в понижающих преобразователях является прерывистым по это причине необходим входной конденсатор [1]. Используйте конденсатор с низким ESR (параметр характеризующий активные потери в цепи переменного тока. Эквивалентное последовательное сопротивление — ЭПС) для лучшей производительности. Керамические конденсаторы предпочтительны, но танталовые конденсатора с низким ESR также подойдут. Действующее значение тока входного конденсатора [1] находиться из выражения (4).
(4)
Пульсации входного напряжения для конденсатора с низким ESR можно оценить из выражения (5).
(5)
где 
— емкость входного конденсатора, Ф.
Выбор выходного конденсатора С2. Выходной конденсатор необходим для поддержания постоянного выходного напряжения [1]. Можно использовать керамический или электролитический конденсатор с низким ESR. Пульсации выходного напряжения могут быть оценены из выражения (6) [1].
(6)
где 
— эквивалентное последовательное сопротивление, Ом.
Типовая схема включения MP1484EN показана на рисунке 2.
Рис. 2. Типовая схема включения MP1484EN [1]
На рисунке 2 показана типовая схема включения MP1484EN с использованием защитного диода Шоттки и однопроцентных резисторов в канале обратной связи.
Для более детальной информации следует обращаться к технической документации на данный импульсный преобразователь.
Литература:
- URL: http://www.mouser.com/ds/2/277/MP1484–202888.pdf
- Шибеко Р. В., Ульянов А. В. Лабораторный стенд на базе ПЛК ОВЕН 110 // Молодой ученый. — 2016. — № 11. — С. 535–545.
- Шибеко Р. В., Ульянов А. В. Управление шаговым двигателем с использованием микроконтроллера ATmega16 и LabVIEW // Молодой ученый. — 2016. — № 9. — С. 341–346.
- Ульянов А. В., Коваленко М. В. Использование СПК207 для управления привода ОВЕН ПЧВ3 по протоколу Modbus RTU // Молодой ученый. — 2016. — № 5. — С. 86–92.
- Ульянов А. В. Камера соляного тумана для испытаний лакокрасочных материалов (ЛКМ) // Молодой ученый. — 2015. — № 15. — С. 196–199.
