750 khz 升 压 控 制 器 特 征 输 出 功 率 高 于 5W 输 出 电 压 从 3.3V 至 100V 以 上 750 khz 门 控 振 荡 器 开 关 频 率 对 电 池 供 电 或 宽 输 入 电 压 范 围 设 备, 占 空 比 可 调 输 入 电 压 范 围 :2.0V 至 5.5V 应 用 单 端 初 级 电 感 转 换 器 (SEPIC) 和 反 激 式 拓 扑 结 构 低 功 耗 关 断 模 式 :I Q < 0.1 µa ( 典 型 值 ) 低 工 作 静 态 电 流 :I Q = 120 µa 反 馈 电 压 误 差 ( 典 型 值 为 0.6%) 8 引 脚 MSOP 封 装 峰 值 电 流 限 制 特 性 两 个 欠 压 锁 定 电 压 (UVLO) 可 选 :2.0V 或 2.55V 工 作 温 度 范 围 :-40 C 至 +125 C 应 用 领 域 大 功 率 升 压 应 用 高 电 压 偏 置 电 源 白 色 LED 驱 动 器 和 手 电 筒 本 地 3.3V 至 5.0V 电 源 本 地 3.3V 至 12V 电 源 本 地 5.0V 至 12V 电 源 LCD 偏 压 电 压 源 概 述 MCP1650/51/52/53 是 一 种 8 或 10 引 脚 MSOP 封 装 的 750 khz 门 控 振 荡 升 压 控 制 器 它 主 要 用 于 大 功 率 便 携 式 设 备, 能 够 为 负 载 提 供 5W 的 功 率, 而 空 载 时 的 静 态 电 流 只 有 120µA MCP1650/51/52/53 可 以 在 宽 输 入 电 压 范 围 (2.0V 至 5.5V) 内 工 作, 适 用 于 多 种 由 电 池 或 单 节 锂 离 子 电 池 供 电 的 设 备, 以 及 2.8V 3.3V 和 5.0V 的 稳 压 输 入 内 置 的 750 khz 门 控 振 荡 器 使 得 MCP1650/51/52/53 对 有 空 间 限 制 的 设 计 显 得 极 为 理 想 高 速 开 关 频 率 最 大 限 度 地 减 小 了 外 部 电 感 和 电 容 的 尺 寸, 从 而 节 约 了 板 面 空 间 和 成 本 内 置 振 荡 器 的 两 种 不 同 占 空 比 由 输 入 电 压 的 高 低 决 定 通 过 这 一 方 式 改 变 占 空 比, 输 入 电 流 峰 值 在 高 输 入 电 压 时 得 以 降 低, 并 减 少 了 电 源 元 件 上 的 输 出 纹 波 电 压 和 电 应 力 当 输 入 电 压 较 低 时, 占 空 比 转 换 成 一 个 较 大 值, 从 而 能 够 为 通 常 由 电 池 供 电 的 便 携 式 设 备 在 较 宽 的 输 入 电 压 范 围 内 输 出 全 功 率 MCP1650/51/52/53 直 接 利 用 内 置 的 低 阻 抗 MOSFET 来 驱 动 外 部 开 关 MCP1650/51/52/53 系 列 集 成 的 一 些 附 加 特 征 包 括 输 入 电 流 峰 值 限 制 可 调 输 出 电 压 / 电 流 电 池 低 电 压 检 测 和 电 源 正 常 状 态 指 示 封 装 形 式 8 引 脚 MSOP 封 装 8 引 脚 MSOP 封 装 EXT GND CS FB 1 2 3 4 MCP1650 8 7 6 5 V IN NC NC SHDN EXT GND CS FB 1 2 3 4 MCP1651 8 7 6 5 V IN LBO LBI SHDN EXT GND CS FB 8 引 脚 MSOP 封 装 1 2 3 4 MCP1652 8 7 6 5 V IN PG NC SHDN EXT GND CS FB NC 10 引 脚 MSOP 封 装 1 10 2 9 3 8 4 7 5 6 MCP1653 V IN PG LBO LBI SHDN 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 1 页
MCP1650 结 构 框 图 MCP1650 V IN 内 置 振 荡 器 (2 种 固 定 的 占 空 比 ) VHIGH V HIGH DC = 80% V IN < 3.8V DC = 56% V IN > 3.8V V IN V LOW V HIGH V DUTY + + 1R 0.122V - 1.22V - 9R ISNS Osc. 参 考 信 号 软 启 动 ON/ OFF 振 荡 器 输 出 - + 电 流 限 制 CS - V REF + GND V LOW SHDN 通 / 断 控 制 V IN FB 电 压 反 馈 + - S 脉 冲 锁 存 R 器 Q DR EXT V REF 1.22V DS21876A_CN 第 2 页 2004 Microchip Technology Inc.
MCP1651/2/3 结 构 框 图 MCP1650/51/52/53 LBI 1.22 V REF V IN + - LBO V IN MCP1650 CS SHDN EXT FB V REF (1.22V) GND + V IN PG A - + - 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 3 页
时 序 图 MCP1650/1/2/3 时 序 图 Osc. S R Q DR EXT 锁 存 器 真 值 表 S R Q 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 1 S R Q Q 典 型 应 用 电 路 3.3V 至 12V 100 ma 升 压 转 换 器 输 入 电 压 3.3V ±10% V IN 8 GND 2 SHDN C IN 10 µf 5 通 NC 6 断 R SENSE 0.05Ω MCP1650 CS 3 1 EXT 4 FB 7 NC 升 压 电 感 3.3 µh MOSFET/ 肖 特 基 二 极 管 组 合 器 件 90.9 kω V OUT = 12V I OUT = 0 至 100 ma C OUT 10 µf 陶 瓷 电 容 10 kω DS21876A_CN 第 4 页 2004 Microchip Technology Inc.
1.0 电 气 特 性 最 大 额 定 值 V IN 对 GND...6.0V CS,FB,LB,LBO,SHDN,PG,EXT... GND 0.3V 至 V IN + 0.3V EXT 引 脚 电 流... ±1A 存 储 温 度...-65 C 至 +150 C 工 作 时 结 温...-40 C 至 +125 C 所 有 引 脚 ESD 保 护 参 数 4kV HBM 注 : 如 果 器 件 运 行 参 数 超 过 上 述 各 项 最 大 值, 即 可 能 对 器 件 造 成 永 久 性 损 坏 上 述 参 数 为 运 行 条 件 最 大 值, 我 们 不 建 议 器 件 在 该 规 范 范 围 外 运 行 如 果 器 件 长 时 间 在 绝 对 最 大 额 定 条 件 下 工 作, 其 稳 定 性 会 受 到 影 响 DC 特 性 电 气 参 数 : 除 另 有 说 明 外, 所 有 参 数 均 适 用 于 V IN =+2.7V 至 +5.5V, SHDN =High, T J =-40 C 至 +125 C 典 型 值 适 用 于 V IN = 3.3V, T A +25 C 的 情 况 参 数 符 号 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单 位 条 件 输 入 特 性 输 入 电 压 V IN 2.7 5.5 V 欠 压 锁 定 电 压 值 UVLO 2.4 2.55 2.7 V V IN 上 升 沿 (S 选 项 ) 欠 压 锁 定 电 压 值 UVLO 1.85 2.0 2.15 V V IN 上 升 沿 (R 选 项 ) 欠 压 额 定 迟 滞 UVLO HYST 117 mv 关 断 时 输 入 电 流 I SHD 0.001 1 µa SHDN 接 地 静 态 输 入 电 流 I Q 120 220 µa EXT 开 路 软 启 动 时 间 T SS 500 µs 反 馈 特 性 反 馈 电 压 V FB 1.18 1.22 1.26 V 所 有 条 件 反 馈 比 较 器 迟 滞 电 压 V HYS 12 23 mv 反 馈 输 入 偏 置 电 流 I FBlk -50 50 na V FB < 1.3V 电 流 检 测 输 入 电 流 检 测 阈 值 I SNS-TH 75 114 155 mv 电 流 检 测 至 输 出 的 延 迟 时 间 T dly_isns 80 ns Ext 驱 动 EXT 驱 动 阻 值 ( 高 端 ) R HIGH 8 18 Ω EXT 驱 动 阻 值 ( 低 端 ) R LOW 4 12 Ω 振 荡 器 特 性 开 关 频 率 F OSC 650 750 850 khz 低 占 空 比 切 换 电 压 V LowDuty 3.8 V V IN 上 升 沿 占 空 比 切 换 迟 滞 电 压 DC Hyst 92 mv 低 占 空 比 DC LOW 50 56 62 % 高 占 空 比 DC HIGH 72 80 88 % 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 5 页
DC 特 性 ( 续 ) 电 气 参 数 : 除 另 有 说 明 外, 所 有 参 数 均 适 用 于 V IN =+2.7V 至 +5.5V, SHDN =High, T J =-40 C 至 +125 C 典 型 值 适 用 于 V IN = 3.3V, T A +25 C 的 情 况 关 断 时 输 入 逻 辑 高 电 平 输 入 V IN-HIGH 50 % of V IN 逻 辑 低 电 平 输 入 V IN-Low 15 % of V IN 输 入 泄 漏 电 流 I SHDN 5 100 na SHDN=V IN 电 池 低 电 压 检 测 ( 仅 MCP1652/MCP1653) 电 池 低 电 压 阈 值 LBI TH 1.18 1.22 1.26 V LBI 输 入 下 降 ( 所 有 条 件 ) 电 池 低 电 压 阈 值 迟 滞 电 压 LBI THHYS 95 123 145 mv 电 池 低 电 压 时 输 入 泄 漏 电 流 I LBI 10 na V LBI = 2.5V 电 池 低 电 压 时 输 出 电 压 V LBO 53 200 mv I LB SINK = 3.2 ma, V LBI = 0V 电 池 低 电 压 时 输 出 泄 漏 电 流 I LBO 0.01 1 µa V LBI = 5.5V, V LBO = 5.5V 从 LBI 至 LBO 的 延 迟 时 间 T D_LBO 70 µs L BI 变 化 从 L BITH +0.1V 至 L BITH - 0.1V 电 源 正 常 输 出 ( 仅 MCP1652/MCP1653) 电 源 正 常 阈 值 低 电 压 V PGTH-L -20-15 -10 % 参 考 反 馈 电 压 电 源 正 常 阈 值 高 电 压 V PGTH-H +10 +15 +20 % 参 考 反 馈 电 压 电 源 正 常 阈 值 迟 滞 电 压 V PGTH-HYS 5 % 参 考 反 馈 电 压 ( 低 阈 值 和 高 阈 值 时 均 需 考 虑 ) 电 源 正 常 输 出 电 压 V PGOUT 53 200 mv I PG SINK = 3.2 ma, V FB = 0V 时 间 延 迟 ( 从 V FB 调 节 结 束 至 电 源 正 常 信 号 产 生 时 ) 温 度 参 数 参 数 符 号 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单 位 条 件 T D_PG 85 µs V FB 变 化 从 V FBTH +0.1V 至 V FBTH -0.1V 电 气 参 数 : 除 另 有 说 明 外, 所 有 的 参 数 适 用 于 V IN = +2.7V 至 +5.5V, SHDN = High, T A = -40 C 至 +125 C 典 型 值 适 用 于 V IN = 3.3V, T A = +25 C 的 情 况 参 数 符 号 最 小 值 典 型 值 最 大 值 单 位 条 件 温 度 范 围 存 储 温 度 范 围 T A -40 +125 C 工 作 时 结 温 范 围 T J -40 +125 C 持 续 工 作 封 装 热 敏 电 阻 热 敏 电 阻 (MSOP-8) θ JA 208 C/W 单 层 SEMI G42-88 板, 自 然 对 流 热 敏 电 阻 (MSOP-10) θ JA 113 C/W 4 层 JC51-7 标 准 板, 自 然 对 流 DS21876A_CN 第 6 页 2004 Microchip Technology Inc.
2.0 典 型 性 能 曲 线 注 : 以 下 图 表 来 自 有 限 数 量 样 本 的 统 计 结 果, 仅 供 参 考 所 列 出 的 性 能 特 性 未 经 测 试, 我 们 不 做 保 证 一 些 图 表 中 列 出 的 数 据 可 能 超 出 确 定 的 工 作 范 围 ( 如 : 超 出 了 正 常 的 工 作 电 压 范 围 ), 因 此 不 在 担 保 范 围 注 : 除 另 有 说 明 外, V IN = 3.3V, V OUT = 12V, C IN = 10 µf (X5R 或 X7R 陶 瓷 电 容 ), C OUT = 10 µf (X5R 或 X7R 电 容 ), I OUT =10mA, L=3.3µH, SHDN > V IH, T A = +25 C Input Quiescent Current (µa) 200 I LOAD = 0 ma 175 T J = +125 C 150 T J = +25 C 125 T J = - 40 C 100 75 50 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Oscillator Frequency (khz) 840 820 800 V IN = 2.0V 780 V IN = 5.5V 760 V IN = 4.1V 740 V IN = 2.7V 720-40 -25-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 140 Input Voltage (V) Ambient Temperature ( C) 图 2-1: 输 入 静 态 电 流 输 入 电 压 曲 线 图 2-4: 振 荡 频 率 环 境 温 度 曲 线 Input Quiescent Current (µa) 200 I LOAD = 0 ma 175 V IN = 5.5V 150 V IN = 4.1V 125 100 V IN = 2.7V V 75 IN = 2.0V 50-40 -25-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 Ambient Temperature ( C) Duty Cycle Switch Over Voltage (V) 3.85 3.84 3.83 3.82 3.81 3.80 3.79 3.78 3.77 3.76 3.75-40 -25-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 Ambient Temperature ( C) V IN = Rising 图 2-2: 输 入 静 态 电 流 环 境 温 度 曲 线 图 2-5: 占 空 比 切 换 电 压 环 境 温 度 曲 线 800 94.0 Oscillator Frequency (khz) 780 T J = +25 C 760 T J = +125 C 740 720 T J = - 40 C 700 2.7 3 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6 Duty Cycle Switch Voltage Hysteresis (mv) 93.5 93.0 92.5 92.0 91.5 91.0 90.5 90.0-40 -25-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 Input Voltage (V) Ambient Temperature ( C) 图 2-3: 振 荡 频 率 输 入 电 压 曲 线 图 2-6: 占 空 比 切 换 迟 滞 电 压 环 境 温 度 曲 线 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 7 页
注 : 除 另 有 说 明 外, V IN = 3.3V, V OUT = 12V, C IN = 10 µf (X5R 或 X7R 陶 瓷 电 容 ), C OUT = 10 µf (X5R 或 X7R 电 容 ), I OUT =10mA, L=3.3µH, SHDN > V IH, T A = +25 C EXT Sink/Source Current (A) 1.0 T A = +25 C 0.8 I SINK 0.6 0.4 I SOURCE 0.2 0.0 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 VFB Voltage (V) 1.230 1.225 T J = +125 C 1.220 T J = +25 1.215 T 1.210 J = - 40 C 1.205 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Voltage (V) Input Voltage (V) 图 2-7: EXT 灌 电 流 和 拉 电 流 输 入 电 压 曲 线 图 2-10: 反 馈 电 压 输 入 电 压 曲 线 EXT Sink/Source Current (A) 0.8 V IN = 3.3V 0.7 I 0.6 SINK 0.5 0.4 I 0.3 SOURCE 0.2 0.1 0.0-40 -25-10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 Ambient Temperature ( C) VFB Hysteresis (mv) 18 16 14 T J = +125 C 12 10 T 8 J = +25 C 6 T J = - 40 C 4 2 0 2.7 3 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6 Input Voltage (V) 图 2-8: EXT 灌 电 流 和 拉 电 流 环 境 温 度 曲 线 图 2-11: 反 馈 电 压 额 定 迟 滞 输 入 电 压 曲 线 80 EXT Rise / Fall Time (ns) 70 60 50 40 30 20 10 2.7V FALL 2.7V RISE 5V RISE 5V FALL 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 External Capacitance (pf) 图 2-9: 容 曲 线 EXT 上 升 时 间 和 下 降 时 间 外 部 电 图 2-12: 动 态 负 载 响 应 DS21876A_CN 第 8 页 2004 Microchip Technology Inc.
注 : 除 另 有 说 明 外, V IN = 3.3V, V OUT = 12V, C IN = 10 µf (X5R 或 X7R 陶 瓷 电 容 ), C OUT = 10 µf (X5R 或 X7R 电 容 ), I OUT =10mA, L=3.3µH, SHDN > V IH, T A = +25 C 89 87 T A = 25 C I OUT = 100 ma Efficiency (%) 85 83 81 79 77 75 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 Input Votlage (V) 图 2-13: 动 态 线 路 响 应 图 2-16: 效 率 输 入 电 压 曲 线 90 85 T A = 25 C VIN = 3.3V Efficiency (%) 80 75 70 65 60 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 Load Current (ma) 图 2-14: 上 电 时 序 图 ( 输 入 电 压 ) 图 2-17: 效 率 负 载 电 流 曲 线 12.16 12.15 T A = 25 C I OUT = 100 ma Output Voltage (V) 12.14 12.13 12.12 12.11 12.10 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 Input Voltage (V) 图 2-15: 上 电 时 序 图 ( 关 断 ) 图 2-18: ( 线 路 稳 定 ) 输 出 电 压 输 入 电 压 曲 线 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 9 页
注 : 除 另 有 说 明 外, V IN = 3.3V, V OUT = 12V, C IN = 10 µf (X5R 或 X7R 陶 瓷 电 容 ), C OUT = 10 µf (X5R 或 X7R 电 容 ), I OUT =10mA, L=3.3µH, SHDN > V IH, T A = +25 C Output Voltage (V) 12.17 T A = +25 12.16 V IN = 3.3V 12.15 12.14 12.13 V IN = 4.3V 12.12 12.11 12.10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Output Current (ma) LBI Hysteresis Voltage (mv) 129 128 T J = +125 C 127 126 125 T J = +25 C 124 123 T J = - 40 C 122 121 120 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Votlage (V) 图 2-19: 载 稳 定 ) 输 出 电 压 输 出 电 流 曲 线 ( 负 图 2-22: LBI 迟 滞 电 压 输 入 电 压 曲 线 VOUT Ripple PK-PK (V) 0.26 T A = +25 C 0.24 0.22 I OUT = 100mA 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6.0 Input Voltage (V) LBO Output Voltage (mv) 250 200 150 T J = +125 C 100 TJ = +25 C 50 T J = - 40 C 0 0 2 4 6 8 10 LBO Sink Current (ma) 图 2-20: 输 出 纹 波 电 压 输 入 电 压 曲 线 图 2-23: LBO 输 出 电 压 LBO 灌 电 流 曲 线 1.230 LBI Threshold Voltage (V) 1.225 T J = +125 C 1.220 T J = +25 C 1.215 1.210 T J = - 40 C 1.205 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Voltage (V) 图 2-21: LBI 阈 值 电 压 输 入 电 压 曲 线 图 2-24: LBO 输 出 时 序 图 DS21876A_CN 第 10 页 2004 Microchip Technology Inc.
注 : 除 另 有 说 明 外, V IN = 3.3V, V OUT = 12V, C IN = 10 µf (X5R 或 X7R 陶 瓷 电 容 ), C OUT = 10 µf (X5R 或 X7R 电 容 ), I OUT =10mA, L=3.3µH, SHDN > V IH, T A = +25 C PG Threshold and Hysteresis (% of V OUT) 20 PG TH(HIGH) T A = 25 15 10 PG T H(Hysteresi 5 0-5 -10 PG TH(LOW) -15-20 2.7 3 3.3 3.6 3.9 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 6 Current Sense Threshold (mv) 116 114 112 TJ = +125 C 110 108 T J = +25 C 106 T J = - 40 C 104 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Voltage (V) Input Voltage (V) 图 2-25: PG 阈 值 电 压 与 迟 滞 电 压 百 分 比 输 入 电 压 曲 线 图 2-28: 电 流 检 测 阈 值 电 压 输 入 电 压 曲 线 250 20.0 PG Ouput Voltage (mv) 200 T 150 J = +125 C 100 TJ = +25 C 50 T J = - 40 C 0 0 2 4 6 8 10 PG Output Sink Current (ma) VEXT RON HIGH (Ohms) 16.0 T J = +125 C 12.0 8.0 T J = - 40 C 4.0 T J = +25 C 0.0 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Voltage (V) 图 2-26: PG 输 出 电 压 灌 电 流 曲 线 图 2-29: V EXT 输 出 高 电 压 输 入 电 压 曲 线 8.0 7.0 VEXT RON Low (Ohms) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 T J = - 40 C T J = +125 C T J = +25 C 0.0 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Input Voltage (V) 图 2-27: PG 时 序 图 图 2-30: V EXT 输 出 低 电 压 输 入 电 压 曲 线 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 11 页
3.0 引 脚 说 明 表 3-1 为 引 脚 功 能 描 述 表 3-1: 引 脚 功 能 表 引 脚 号 MCP1650 引 脚 号 MCP1651 引 脚 号 MCP1652 引 脚 号 MCP1653 符 号 功 能 1 1 1 1 EXT 外 部 门 驱 动 2 2 2 2 GND 地 3 3 3 3 CS 电 流 检 测 4 4 4 4 FB 反 馈 输 入 5 5 5 6 SHDN 关 断 6 7 LBI 电 池 低 电 压 输 入 7 8 LBO 电 池 低 电 压 输 出 7 9 PG 电 源 正 常 输 出 8 8 8 10 V IN 输 入 电 压 3.1 外 部 门 驱 动 (EXT) EXT 为 输 出 引 脚, 在 升 压 操 作 期 间 控 制 外 部 N 沟 道 MOSFET 的 导 通 和 关 断, 在 SHDN 或 UVLO 条 件 下, EXT 引 脚 接 地 3.2 电 路 地 (GND) 将 GND 引 脚 连 接 至 电 路 的 地 请 查 看 布 线 指 导 手 册 中 推 荐 的 地 线 布 线 指 导 3.3 电 流 检 测 (CS) 通 过 外 接 电 流 检 测 电 阻, 可 以 在 CS 引 脚 上 检 测 到 输 入 峰 值 电 流 当 检 测 到 的 电 流 转 换 为 电 压 时, 电 流 检 测 阈 值 为 V IN -122 mv ( 典 型 值 ) 如 果 超 出 该 阈 值, 脉 冲 会 被 异 步 终 止 3.4 反 馈 输 入 (FB) 通 过 外 接 分 压 电 阻 连 接 升 压 转 换 器 的 输 出 电 压 至 FB 引 脚 来 调 节 电 压 为 了 终 止 脉 冲, 与 此 输 入 电 压 比 较 的 额 定 电 压 为 1.22V 3.6 电 池 低 电 压 输 入 (LBI) LBI 为 电 池 低 电 压 比 较 器 的 输 入 引 脚 当 该 引 脚 上 的 电 压 低 于 额 定 1.22V 阈 值 电 压 时, LBO ( 电 池 低 电 压 输 出 ) 漏 极 开 路, 处 于 低 电 平 3.7 电 池 低 电 压 输 出 (LBO) LBO 为 低 电 平 有 效 的 漏 极 开 路 输 出 当 LBI 引 脚 低 于 阈 值 电 压 时, 灌 电 流 为 10 ma 在 SHDN 或 UVLO 条 件 下, LBO 处 于 高 阻 态 3.8 电 源 正 常 输 出 (PG) PG 引 脚 为 高 电 平 有 效 的 漏 极 开 路 输 出 当 FB 引 脚 输 入 低 于 或 高 于 其 典 型 值 的 15% 时, 灌 电 流 为 10 ma,pg 引 脚 指 示 输 出 电 压 超 出 规 定 在 SHDN 或 UVLO 条 件 下, PG 处 于 高 阻 态 3.9 输 入 电 压 (V IN ) V IN 是 输 入 电 源 引 脚 连 接 至 2.7V 至 5.5V 的 输 入 电 源 3.5 关 断 输 入 (SHDN) SHDN 输 入 用 来 接 通 和 关 断 升 压 转 换 器 正 常 运 行 时, 该 引 脚 连 接 至 高 电 平 或 者 V IN ; 要 关 断 器 件 时, 将 该 引 脚 接 低 电 平 或 地 DS21876A_CN 第 12 页 2004 Microchip Technology Inc.
4.0 详 细 说 明 4.1 器 件 概 述 MCP1650/51/52/53 是 一 种 门 控 振 荡 升 压 控 制 器 通 过 外 接 一 个 N 沟 道 MOSFET 管 一 个 肖 特 基 二 极 管 和 一 个 升 压 电 感, 可 以 实 现 高 输 出 功 率 的 应 用 750 khz 迟 滞 门 控 振 荡 器 架 构 使 它 可 采 用 小 型 的 低 成 本 外 部 元 件 通 过 使 用 一 种 迟 滞 方 法, 不 需 要 补 偿 元 件 就 可 以 获 得 稳 定 的 调 节 输 出 通 过 比 较 输 出 电 压 ( 利 用 外 接 的 分 压 电 阻 检 测 ) 与 MCP1650/51/52/53 内 置 的 参 考 电 压 来 调 整 输 出 电 压 当 检 测 到 的 输 出 电 压 低 于 参 考 电 压 时, EXT 引 脚 以 750 khz 门 控 振 荡 频 率 输 出 脉 冲 来 控 制 外 部 N 沟 道 MOSFET 的 接 通 与 关 断 外 部 N 沟 道 MOSFET 接 通 时, 能 量 存 储 在 升 压 电 感 中 ; 当 MOSFET 被 关 断 时, 能 量 通 过 外 部 肖 特 基 二 极 管 传 给 负 载 需 要 数 个 脉 冲 来 提 供 足 够 的 能 量, 以 加 大 输 出 电 压, 使 其 超 过 迟 滞 上 限 一 旦 高 于 迟 滞 上 限, 内 部 振 荡 器 不 再 输 出 至 EXT 引 脚, 而 输 入 与 输 出 之 间 也 不 存 在 能 量 转 移 检 测 MOSFET 中 的 峰 值 电 流 可 限 制 它 的 最 大 值 同 所 有 的 升 压 拓 扑 转 换 器 一 样, 即 使 MOSFET 被 关 断, 通 过 升 压 电 感 和 二 极 管 仍 然 存 在 一 条 通 向 负 载 的 直 流 回 路 建 议 使 用 附 加 的 保 护 电 路 ( 如 : 保 险 丝 ) 来 进 行 短 路 保 护 4.2 输 入 电 压 MCP1650/51/52/53 系 列 器 件 的 输 入 电 压 范 围 为 2.7V 至 5.5V 对 于 S 选 项 器 件, 欠 压 锁 定 (UVLO) 功 能 可 以 在 输 入 电 压 降 至 典 型 值 2.55V 以 下 时 关 断 升 压 控 制 器 ; 对 于 R 选 项 器 件, UVLO 设 置 为 2.0V 当 需 要 把 输 出 电 压 自 举 回 输 入 端 时 建 议 使 用 R 选 项 器 件 升 压 操 作 期 间 MCP1650/51/52/53 器 件 的 输 入 电 压 由 输 出 电 压 提 供 这 可 以 用 来 从 输 入 电 压 提 供 输 出 电 压, 从 而 以 2V 左 右 ( 两 节 碱 电 池 ) 的 电 压 便 能 启 动 器 件 4.3 固 定 占 空 比 MCP1650/51/52/53 系 列 采 用 一 种 独 特 的 双 步 最 大 占 空 比 架 构 来 最 大 限 度 地 减 小 输 入 峰 值 电 流, 并 可 为 宽 输 入 电 压 范 围 改 进 输 出 纹 波 当 输 入 电 压 低 于 3.8V, 占 空 比 的 典 型 值 为 80% ; 当 输 入 电 压 高 于 3.8V, 占 空 比 一 般 为 56% 处 于 高 输 入 电 压 时 通 过 减 小 占 空 比, 可 以 减 小 输 入 峰 值 电 流 对 于 低 输 入 电 压, 在 升 压 MOSFET 的 工 作 期 间, 占 空 比 越 长, 可 存 储 的 能 量 越 多 对 于 跨 越 3.8V 输 入 范 围 的 应 用, 所 选 的 电 感 值 不 仅 应 该 适 合 占 空 比 为 80% 时 的 最 小 输 入 电 压, 也 应 该 适 合 占 空 比 为 56% 时 的 3.8V 参 考 5.0 节 应 用 电 路 / 问 题 以 获 取 选 择 电 感 值 的 更 多 信 息 4.4 关 断 输 入 操 作 SHDN 引 脚 用 来 接 通 和 关 断 MCP1650/51/52/53 当 SHDN 引 脚 接 至 低 电 平 时, MCP1650/51/52/53 被 关 断 ; 当 连 至 高 电 平 时, 只 要 输 入 电 压 不 低 于 UVLO 阈 值, MCP1650/51/52/53 即 被 使 能, 并 开 始 升 压 操 作 4.5 软 启 动 操 作 当 电 源 首 次 用 于 MCP1650/51/52/53 时, 通 过 控 制 内 部 参 考 电 压 的 初 始 化 过 程 来 放 缓 进 行 升 压 的 启 动 输 出 电 压 这 样 可 以 降 低 来 自 电 源 的 高 浪 涌 电 流 较 高 的 浪 涌 电 流 会 导 致 电 源 电 压 突 然 下 降,UVLO 阈 值 跳 变, 并 在 转 换 器 达 到 稳 定 工 作 状 态 之 前 关 断 转 换 器 4.6 门 控 振 荡 器 架 构 MCP1650/51/52/53 利 用 一 个 750 khz 的 内 置 振 荡 器 作 为 时 基 当 输 入 电 压 低 于 或 高 于 额 定 电 压 3.8V 时, 振 荡 器 占 空 比 的 典 型 值 分 别 为 80% 和 56% 两 种 占 空 比 用 来 减 小 输 入 电 压 大 范 围 变 化 时 设 备 中 的 峰 值 感 应 电 流 高 峰 值 感 应 电 流 会 导 致 不 希 望 出 现 的 高 输 出 纹 波 电 压 对 于 输 入 电 压 跨 越 3.8V 界 线 的 设 备, 两 种 占 空 比 条 件 都 需 要 检 测 以 确 定 哪 一 种 能 量 储 存 最 少 参 考 5.0 节 应 用 电 路 / 问 题 以 获 得 相 关 设 计 考 虑 事 项 的 更 多 信 息 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 13 页
4.7 FB 引 脚 输 出 电 压 通 过 一 个 分 压 电 阻 反 馈 回 FB 引 脚, 然 后 与 内 部 1.22V 的 参 考 电 压 进 行 比 较 当 分 压 输 出 低 于 内 部 参 考 电 压 时, 内 部 振 荡 器 工 作, EXT 引 脚 以 750 khz 输 出 脉 冲 控 制 N 沟 道 MOSFET 的 接 通 与 关 断 来 把 能 量 从 电 源 传 送 至 负 载 这 会 导 致 输 出 电 压 上 升 直 至 高 出 1.22V 的 阈 值 电 压, 从 而 关 断 内 部 振 荡 器 迟 滞 电 压 由 比 较 器 提 供, 典 型 值 为 12 mv 振 荡 器 接 通 与 关 断 的 速 率 由 输 入 电 压 负 载 电 流 迟 滞 电 压 和 电 感 值 决 定 输 出 的 纹 波 电 压 将 随 输 入 电 压 负 载 电 流 迟 滞 电 压 和 电 感 值 而 变 化 4.8 PWM 锁 存 门 控 振 荡 器 能 够 自 锁 以 避 免 双 重 和 零 星 脉 冲 锁 存 器 的 复 位 异 步 进 行, 它 能 够 在 占 空 比 期 间 终 止 脉 冲 复 位 由 反 馈 电 压 比 较 器 或 电 流 限 制 比 较 器 完 成 4.9 峰 值 电 感 电 流 在 CS 引 脚 上 通 过 一 个 可 选 的 外 部 电 流 检 测 电 阻 来 检 测 外 部 开 关 峰 值 电 流 如 果 CS 引 脚 电 压 比 V IN - 122mV ( 典 型 值 ) 低, 电 流 限 制 比 较 器 就 会 被 设 置, 脉 冲 随 即 被 终 止 这 可 以 防 止 因 电 流 过 高 而 损 坏 N 沟 道 MOSFET 在 短 路 的 情 况 下, 开 关 电 流 会 因 电 流 限 制 而 为 低 电 压 然 而 通 过 电 感 和 外 部 二 极 管, 仍 然 存 在 一 条 直 流 回 路 所 有 的 升 压 拓 扑 架 构 确 实 都 存 在 这 种 情 况, 有 必 要 附 加 保 护 电 路 以 避 免 出 现 灾 难 性 的 毁 坏 4.10 EXT 输 出 驱 动 器 EXT 输 出 引 脚 设 计 为 直 接 驱 动 外 部 N 沟 道 MOSFET 的 快 速 接 通 与 关 断, 其 拉 电 流 为 400 ma( 典 型 值 ), 灌 电 流 为 800 ma ( 典 型 值 ) EXT 驱 动 器 的 顶 端 直 接 连 至 V IN, 而 低 端 接 GND, 因 而 具 备 轨 对 轨 驱 动 能 力 将 外 部 电 阻 串 接 至 N 沟 道 MOSFET 可 控 制 接 通 和 关 断 的 速 率, 但 这 会 增 加 设 计 的 复 杂 度 通 过 降 低 开 关 速 率, 高 频 噪 声 将 会 变 少 加 快 开 关 速 率 能 够 使 效 率 更 高 4.11 电 池 低 电 压 检 测 电 池 低 电 压 检 测 ( 仅 MCP1651 和 MCP1653) 功 能 可 以 用 来 确 定 LBI 输 入 电 压 何 时 低 于 一 个 事 先 确 定 的 阈 值 电 压 电 池 低 电 压 检 测 比 较 器 持 续 监 视 LBI 引 脚 上 的 电 压 当 LBI 引 脚 上 的 电 压 高 于 1.22V+123 mv 的 迟 滞 电 压 时,LBO 引 脚 将 处 于 高 阻 态 ( 漏 极 开 路 ) 当 处 于 高 阻 态 时, 到 LBO 引 脚 的 泄 漏 电 流 常 常 低 于 0.1 µa 当 LBI 引 脚 上 的 电 压 低 于 1.22V 的 典 型 阈 值 电 压,LBO 引 脚 将 转 变 至 低 电 平 状 态, 而 其 灌 电 流 增 至 10 ma 须 提 供 123 mv 的 迟 滞 电 压 以 避 免 LBO 引 脚 由 于 电 池 输 入 阻 抗 和 升 压 输 入 电 流 而 产 生 的 抖 动 现 象 4.12 电 源 正 常 输 出 电 源 正 常 输 出 功 能 ( 仅 MCP1652 和 MCP1653) 监 视 反 馈 至 FB 引 脚 的 分 压 当 输 出 电 压 低 于 调 节 设 定 点 15% ( 典 型 值 ) 时, 电 源 正 常 (PG) 输 出 引 脚 将 从 高 阻 态 ( 漏 极 开 路 ) 转 变 为 低 电 平 状 态, 而 其 灌 电 流 为 10 ma 如 果 输 出 电 压 高 于 调 节 设 定 点 15% ( 典 型 值 ) 时, PG 输 出 引 脚 将 从 高 电 平 转 变 为 低 电 平 4.13 器 件 保 护 4.13.1 过 流 限 制 电 流 检 测 (CS) 输 入 引 脚 用 于 检 测 升 压 转 换 器 的 峰 值 输 入 电 流 这 可 用 来 限 制 峰 值 感 应 电 流 能 达 到 的 极 限 电 流 检 测 功 能 可 选, 并 可 通 过 将 V IN 输 入 引 脚 连 接 至 CS 输 入 引 脚 设 置 成 旁 路 由 于 输 入 通 过 升 压 电 感 和 升 压 二 极 管 到 输 出, 没 有 附 加 电 路 的 话 升 压 拓 扑 结 构 不 能 短 路 这 是 所 有 升 压 调 节 器 都 存 在 的 普 遍 情 况 DS21876A_CN 第 14 页 2004 Microchip Technology Inc.
5.0 应 用 电 路 / 问 题 5.1 典 型 应 用 MCP1650/51/52/53 升 压 控 制 器 能 够 用 于 一 些 不 同 的 配 置 和 许 多 不 同 的 设 备 对 于 小 空 间 低 成 本 和 高 效 率 的 应 用, MCP1650/51/52/53 产 品 系 列 是 一 个 很 好 的 选 择 它 可 用 于 升 压 升 - 降 压 转 换 单 端 初 级 电 感 转 换 器 (Single-Ended Primary Inductive Converter, SEPIC) 和 反 激 拓 扑 结 构 5.1.1 非 自 举 升 压 应 用 非 自 举 升 压 应 用 普 遍 用 于 输 出 电 压 比 MCP1650/51/52/ 53 额 定 电 压 还 高 的 场 合 对 于 非 自 举 升 压 应 用, 输 入 电 压 与 MCP1650/51/52/53 的 V IN 引 脚 连 接, 并 通 过 可 选 的 电 流 检 测 电 阻 与 升 压 电 感 连 接 对 于 此 类 应 用, 应 该 选 用 S 选 项 的 器 件 (UVLO 的 典 型 值 为 2.55V) 门 控 振 荡 器 占 空 比 取 决 于 V IN 引 脚 上 的 电 压 值 如 果 V IN >3.8V, 占 空 比 为 56%; 如 果 V IN < 3.8V, 占 空 比 为 80% 在 非 自 举 升 压 应 用 中, 能 够 产 生 高 于 100V 的 输 出 电 压 即 使 MCP1650/51/52/53 器 件 没 有 连 接 至 高 升 压 输 出 电 压, 外 部 MOSFET 的 漏 极 也 与 外 部 肖 特 基 二 极 管 的 反 相 电 压 相 连 接 输 出 电 压 电 容 也 必 须 是 对 应 输 出 电 压 的 一 个 额 定 值 3.3V 至 12V 100 ma 升 压 转 换 器 输 入 电 压 3.3V ±10% C IN 10 µf 通 断 V IN 8 GND 2 SHDN 5 NC 6 R SENSE 0.05 Ω MCP1650 CS 3 EXT 1 FB 4 7 NC 升 压 电 感 3.3 µh MOSFET/ 肖 特 基 二 极 管 组 合 器 件 90.9 kω V OUT = 12V I OUT = 0 至 100 ma C OUT 10 µf 陶 瓷 电 容 10 KΩ 图 5-1: 典 型 非 自 举 应 用 电 路 (MCP1650/51/52/53) 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 15 页
5.1.2 自 举 升 压 电 路 对 于 自 举 架 构, 高 稳 定 的 升 压 输 出 电 压 用 来 给 MCP1650/51/52/53 供 电 这 提 供 了 一 个 恒 定 的 高 电 压 来 驱 动 外 部 的 MOSFET R 选 项 器 件 (UVLO < 2.0V) 可 用 于 需 要 以 低 于 2.7V 的 输 入 电 压 启 动 的 设 备 对 于 此 类 应 用, MCP1650/51/52/53 初 始 输 入 电 压 为 更 低 的 2.0V, 然 后 输 出 电 压 升 至 指 定 值 随 着 输 出 电 压 的 上 升, MCP1650/51/52/53 输 入 电 压 一 起 上 升 这 为 输 入 电 压 为 2 节 碱 电 池 而 输 出 电 压 低 于 6V 的 应 用 提 供 了 一 种 解 决 方 案 利 用 MCP1652 PG 输 出, 锂 离 子 电 池 输 入,( 自 举 ) 输 出 达 5.0V 1A 3.3 µh 肖 特 基 二 极 管 Vout = 5V Iout = 1A 输 入 电 压 2.8V 至 4.2V C in 47 µf 10 Ω 0.1 µf off on V IN 8 GND 2 SHDN 5 NC 6 MCP1652 3 1 4 7 CS EXT FB PG N 沟 道 MOSFET 3.09 kω C out 47 µf 陶 瓷 电 容 0.1Ω 关 断 电 源 正 常 输 出 1kΩ 图 5-2: 自 举 应 用 电 路 MCP1650/51/52/53 5.1.3 SEPIC 转 换 器 应 用 许 多 应 用 中, 输 入 电 压 会 在 设 定 的 输 出 电 压 上 下 变 化 一 个 标 准 的 升 压 转 换 器 不 能 用 在 输 出 电 压 低 于 输 入 电 压 的 场 合 在 这 种 场 合 中, MCP1650/51/52/53 可 用 作 一 个 SEPIC 控 制 器 一 个 SEPIC 需 要 2 个 电 感 或 者 1 个 单 耦 合 电 感 加 上 1 个 交 流 耦 合 电 容 与 前 面 的 升 压 转 换 应 用 一 样, SEPIC 转 换 器 可 用 于 自 举 或 非 自 举 架 构 SEPIC 转 换 器 可 以 成 为 高 功 率 LED 驱 动 电 路 中 的 流 行 拓 扑 结 构 大 多 数 的 LED 的 正 向 压 降 大 约 为 3.6V, 即 介 于 单 节 单 锂 离 子 电 池 的 最 大 电 压 与 最 小 电 压 之 间, 同 样 也 介 于 3 节 碱 电 池 或 者 镍 金 属 电 池 的 最 大 电 压 与 最 小 电 压 之 间 锂 离 子 电 池 输 入, 输 出 为 3.6V 3W 的 LED 驱 动 器 (SEPIC 转 换 器 ) 3.3 µh 4.7 µf 肖 特 基 二 极 管 IOUT = 1A 输 入 电 压 2.8V 至 4.2V C IN 47 µf 10 Ω 0.1 µf 通 断 V IN 8 GND 2 SHDN 5 NC 6 MCP1651 3 1 4 7 CS EXT FB PG N 沟 道 MOSFET 3.3 µh 2.49 kω C OUT 47 µf 陶 瓷 电 容 0.1Ω 调 节 能 力 电 源 正 常 输 出 1kΩ 3W LED 0.2 Ω 图 5-3: SEPIC 转 换 器 应 用 电 路 MCP1650/51/52/53 DS21876A_CN 第 16 页 2004 Microchip Technology Inc.
5.2 设 计 考 虑 事 项 在 设 计 开 关 电 源 转 换 器 电 路 时, 有 很 多 的 事 情 需 要 考 虑, MCP1650/51/52/53 系 列 也 不 例 外 门 控 振 荡 器 架 构 提 供 了 一 个 简 单 的 控 制 方 法, 使 得 稳 定 调 节 器 的 输 出 电 压 比 在 固 定 频 率 调 节 器 中 要 达 到 同 样 的 目 的 显 得 更 为 容 易 MCP1650/51/52/53 控 制 器 使 用 了 一 个 外 部 开 关 和 二 极 管, 从 而 允 许 在 较 宽 范 围 内 进 行 转 换 ( 高 电 压 增 益 和 / 或 高 电 流 增 益 ) 同 功 率 转 换 一 样, 存 在 实 际 的 拓 扑 限 制 MCP1650/51/ 52/53 门 控 振 荡 迟 滞 模 式 转 换 器 有 着 类 似 的 限 制, 频 率 固 定 的 升 压 转 换 器 同 样 如 此 5.2.1 设 计 实 例 输 出 电 压 设 定 : 输 入 电 压 = 2.8V 至 4.2V 输 出 电 压 = 12V 输 出 电 流 = 100 ma 振 荡 器 频 率 = 750 khz 占 空 比 = 80% (V IN < 3.8V) 占 空 比 = 56% (V IN > 3.8V) V OUT R TOP = R BOT ------------- 1 其 中 : R TOP = 上 部 电 阻 值 R BOT = 下 部 电 阻 值 V FB 通 过 调 节 外 部 分 压 电 阻, 升 压 转 换 器 的 输 出 电 压 可 以 被 设 置 为 任 意 期 望 值 由 于 分 压 电 阻 和 器 件 输 入 电 容 会 产 生 RC 延 迟, 建 议 电 阻 值 不 大 于 100 kω 反 馈 电 压 典 型 值 为 1.22V 对 于 本 例 : R BOT = 10 kω V OUT = 12V V FB = 1.22V R TOP = 88.4 kω 选 择 90.9 kω 作 为 最 接 近 标 准 值 的 阻 值 5.2.1.1 计 算 P OUT = V OUT I OUT 其 中 : P OUT = 12V X 100 ma P OUT = 1.2 W P IN = P OUT ( Efficiency) 其 中 : P IN = 1.2W/80% (80% 是 个 很 好 的 效 率 估 计 值 ) P IN = 1.5 W 门 控 振 荡 迟 滞 设 计 中, 开 关 频 率 不 是 常 量, 它 将 发 出 一 些 门 极 脉 冲 来 提 高 输 出 电 压 一 旦 达 到 迟 滞 阈 值 电 压 的 上 限, 门 极 脉 冲 停 止, 输 出 将 以 一 个 由 输 出 电 容 和 负 载 决 定 的 速 度 下 降 利 用 门 控 振 荡 器 开 关 频 率 和 占 空 比, 就 可 以 确 定 在 持 续 感 应 电 流 模 式 工 作 时 的 最 大 升 压 比 1 V OUT = ------------ V 1 D IN 这 一 关 系 假 定 : 为 输 出 负 载 电 流 极 大, 升 压 转 换 器 在 连 续 电 感 电 流 模 式 下 工 作 如 果 负 载 较 轻 或 者 使 用 小 升 压 电 感, 则 不 能 获 得 较 高 的 升 压 比 V IN 处 于 最 小 值 时 的 计 算 : 1 V OUTMAX = --------------- 2.8 1 0.8 理 想 的 最 大 输 出 电 压 为 14V 由 于 存 在 升 压 二 极 管 的 正 向 压 降 和 其 它 电 路 损 失, 实 际 测 量 的 结 果 会 更 小 些 对 那 些 输 入 电 压 高 于 或 低 于 3.8V 的 应 用, 必 须 检 测 另 外 一 点 以 确 定 最 大 升 压 比 在 3.8V 时, 占 空 比 从 80% 转 变 为 56% 以 最 大 限 度 地 减 小 电 感 中 的 峰 值 电 流 1 V OUTMAX = ------------------ 1 0.56 3.8 这 种 情 况 下, V OUTMAX = 8.63V 小 于 所 需 要 的 12V 指 定 输 出 必 须 减 小 电 感 的 大 小 以 便 升 压 调 节 器 工 作 在 非 连 续 电 感 电 流 模 式 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 17 页
为 了 确 定 非 连 续 工 作 模 式 的 最 大 电 感 值, 将 每 次 开 关 周 期 中 流 入 电 感 的 能 量 乘 以 每 秒 的 周 期 数 ( 开 关 频 率 ) 该 值 必 须 比 最 大 输 入 功 率 还 大 下 面 为 流 入 电 感 的 能 量 方 程 系 统 输 入 功 率 等 于 能 量 乘 以 时 间 Energy 电 感 峰 值 电 流 通 过 下 面 的 方 程 计 算 : I PK 采 用 一 个 3.3 µh 的 典 型 电 感, 此 电 感 中 的 峰 值 电 流 计 算 如 下 : F SW = 750 khz T ON = (1/F SW * 占 空 比 ) I PK (2.8V) = 905 ma Energy (2.8V) = 1.35 µj Power (2.8V) = 1.01 W 在 3.8V 和 3.8V 以 下 时, 工 作 在 连 续 模 式 的 转 换 器 电 压 能 够 升 至 14V I PK (3.8V) = 860 ma Energy at 3.8V = 1.22 µj Power = 0.914 W 对 于 本 例, 3.3 µh 的 电 感 显 得 太 大, 选 择 一 个 2.2 µh 的 电 感 F SW = 750 khz T ON = (1/F SW * 占 空 比 ) I PK (2.8V) = 1.36A Energy (2.8V) = 2.02 µj Power (2.8V) = 1.52 W I PK (3.8V) = 1.29A Energy at 3.8V = 1.83 µj Power = 1.4 W = 1 2 = -- L I 2 PK V -------- IN T L ON 由 于 电 感 的 减 小, 所 有 负 载 输 入 中 吸 收 的 峰 值 电 流 上 升 高 升 压 比 中 的 电 感 值 最 好 选 为 维 持 非 持 续 工 作 时 所 需 要 的 最 大 电 感 值 对 于 低 升 压 比 的 应 用 (3.3V 至 5.0V), 建 议 使 用 3.3 µh 或 更 大 些 的 电 感 处 在 这 些 情 况 时, 电 感 工 作 在 持 续 电 流 模 式 5.2.2 MOSFET 选 择 升 压 设 计 中 选 择 合 适 的 MOSFET 需 要 考 虑 几 个 关 键 点 建 议 使 用 低 R DSON 逻 辑 电 平 N 沟 道 MOSFET 5.2.2.1 MOSFET 选 择 过 程 1. 额 定 电 压 值 MOSFET 漏 源 电 压 的 最 小 额 定 值 为 V OUT + 外 部 升 压 二 极 管 的 V FD 例 如 12V 输 出 的 转 换 器 中, MOSFET 漏 源 极 之 间 的 额 定 电 压 值 为 12V + 0.5V 一 般 认 为 一 个 20V 的 元 件 可 用 来 输 出 12V 的 电 压 2. 逻 辑 电 平 R DSON MOSFET 在 升 压 周 期 期 间 负 担 很 大 的 电 流 此 时 MOSFET 中 的 峰 值 电 流 也 变 得 十 分 高 在 这 个 例 子 中, 一 个 SOT-23 封 装 的 MOSFET 具 有 以 下 额 定 值 : IRLM2502 N 沟 道 MOSFET V BDS = 20V ( 漏 源 击 穿 电 压 ) R DSON = 50 mω (V GS = 2.5V) R DSON = 35 mω (V GS = 5.0V) Q G = 所 有 门 极 电 量 = 8 nc V GS = 0.6V 至 1.2V ( 门 源 阈 值 电 压 ) 选 择 低 R DSON 的 MOSFET 并 不 总 是 更 好 或 者 更 有 效 低 R DSON 常 常 导 致 很 高 的 门 极 电 荷 和 输 入 电 容, 从 而 延 缓 MOSFET 的 转 变 时 间 和 增 加 开 关 损 失 5.2.3 二 极 管 选 择 外 部 升 压 二 极 管 同 样 以 开 关 频 率 切 换 导 通 和 关 断, 并 且 需 要 很 快 的 导 通 和 关 断 时 间 大 多 数 应 用 中 建 议 采 用 肖 特 基 二 极 管 肖 特 基 二 极 管 的 额 定 电 压 值 必 须 为 最 大 升 压 输 出 电 压 例 如 12V 输 出 升 压 转 换 器 中, 二 极 管 的 额 定 电 压 应 为 12V 加 上 偏 差 对 于 12V 输 出 应 用, 建 议 采 用 20V 或 30V 的 肖 特 基 二 极 管 肖 特 基 二 极 管 同 样 有 低 正 向 压 降 的 特 性, 这 又 是 一 个 开 关 电 源 应 用 中 所 希 望 的 特 性 DS21876A_CN 第 18 页 2004 Microchip Technology Inc.
5.2.4 输 入 / 输 出 电 容 选 择 对 输 入 或 输 出 电 容 没 有 特 殊 的 要 求 大 多 数 应 用 中 陶 瓷 电 容 或 低 等 效 串 联 电 阻 (effective series resistance, ESR) 钽 电 容 能 够 提 供 比 铝 电 解 电 容 更 低 的 输 出 纹 波 电 压 请 务 必 注 意 不 要 超 出 厂 商 给 出 的 额 定 电 压 或 纹 波 电 流 规 格 出 于 成 本 和 大 小 的 考 虑, 一 般 都 采 用 容 值 小 的 电 容, 但 这 常 常 会 导 致 很 高 的 输 出 纹 波 电 压 输 入 电 容 的 大 小 取 决 于 应 用 中 信 号 源 的 阻 抗 MCP1650/51/52/53 升 压 转 换 器 的 迟 滞 架 构 在 确 定 的 线 性 负 载 条 件 下 能 够 吸 收 相 对 较 高 的 输 入 电 流 峰 值 小 输 入 电 容 在 转 换 器 的 输 入 引 脚 上 会 产 生 很 大 的 纹 波 电 压, 这 使 器 件 性 能 不 尽 如 人 意 输 出 电 容 大 小 在 迟 滞 门 控 振 荡 器 转 换 器 的 性 能 中 起 着 非 常 重 要 的 作 用 某 些 情 况 下 使 用 陶 瓷 电 容 会 导 致 较 高 的 输 出 纹 波 电 压, 因 为 陶 瓷 电 容 的 等 效 串 联 电 阻 比 较 低 正 如 应 用 图 表 所 示, 对 某 些 应 用 来 说 为 0.1Ω 的 等 效 串 联 电 阻 串 接 陶 瓷 电 容 实 际 上 会 减 小 输 出 纹 波 电 压 和 峰 值 输 入 电 流 电 容 和 等 效 串 联 电 阻 的 选 择 将 很 大 程 度 上 决 定 输 出 纹 波 电 压 5.2.5 电 池 低 电 压 检 测 电 池 低 电 压 检 测 应 该 使 用 MCP1651 或 MCP1653 电 池 低 电 压 检 测 功 能 把 电 池 低 电 压 输 入 (LBI) 引 脚 电 压 与 内 部 1.22V 的 参 考 电 压 作 比 较 如 果 LBI 输 入 低 于 LBI 的 阈 值 电 压, 电 池 低 电 压 输 出 (LBO) 引 脚 将 通 过 内 部 漏 极 开 路 的 MOSFET 灌 入 电 流 ( 高 达 10 ma) 如 果 LBI 输 入 电 压 高 于 阈 值 电 压,LBO 输 出 引 脚 将 开 路 或 处 于 高 阻 态 5.2.6 电 源 正 常 输 出 对 于 电 源 正 常 状 态 检 测, MCP1652 或 MCP1653 器 件 比 较 理 想 电 源 正 常 输 出 功 能 把 FB 引 脚 上 的 电 压 与 内 部 参 考 电 压 (±15%) 作 比 较 如 果 FB 引 脚 电 压 高 于 或 低 于 电 源 正 常 电 压 阈 值 的 15% 时, PG 输 出 引 脚 将 通 过 内 部 漏 极 开 路 的 MOSFET 灌 入 电 流 ; 如 果 调 节 器 的 输 出 处 于 输 出 电 压 的 ±15% 范 围 内, PG 引 脚 将 开 路 或 处 于 高 阻 态 5.2.7 外 部 元 件 制 造 厂 商 电 感 : Sumida Corporation Coilcraft BH Electronics Pulse Engineering Coiltronics 电 容 : MuRata Kemet Taiyo-Yuden AVX http://www.sumida.com/ http://www.coilcraft.com http://www.bhelectronics.com http://www.pulseeng.com/ http://www.cooperet.com/ http://www.murata.com/ http://www.kemet.com/ http://www.taiyo-yuden.com/ http://www.avx.com/ MOSFET 和 二 极 管 : International http://www.irf.com/ Rectifier Vishay /Siliconix http://www.vishay.com/ company/brands/siliconix/ ON http://www.onsemi.com/ Semiconductor Fairchild http://www.fairchildsemi.com/ Semiconductor 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 19 页
6.0 典 型 布 局 图 6-1: MCP1650/51/52/53 应 用 原 理 图 当 进 行 MCP1650/51/52/53 物 理 布 局 设 计 时, 首 先 要 决 定 升 压 电 源 系 列 元 件 的 位 置 以 减 小 高 电 流 回 路 的 大 小 在 大 信 号 电 源 地 小 信 号 反 馈 路 径 和 功 能 地 之 间 提 供 独 立 的 地 回 路 也 很 重 要 某 些 情 况 下 对 V IN 引 脚 进 行 额 外 的 滤 波 有 助 于 减 少 MCP1650/51/52/53 的 输 入 噪 声 在 这 个 布 局 例 子 中, 关 键 的 电 源 回 路 是 从 输 入 至 输 出, +V _ IN 1 至 F 1 至 C 2 至 L 1 至 Q 1 至 GND 当 开 关 (Q 1 ) 接 通 时, 电 流 会 通 过 这 条 回 路 ; 当 Q 1 断 开 时, 电 流 回 路 将 迅 速 地 变 为 从 +V _ IN 1 至 F 1 至 L 1 至 D 1 至 C 1 至 R 4 至 GND 在 着 手 此 应 用 的 布 局 时, 这 两 条 电 源 回 路 都 应 该 尽 可 能 的 短 C 2 Q 1 和 R 4 的 GND 端 都 应 该 连 至 单 层 电 源 地 层 以 减 小 走 线 间 的 电 感 用 粗 线 来 表 示 大 电 流 连 接, 而 且 其 宽 度 应 该 设 计 成 实 际 大 小 R 1 和 C 3 为 可 选 的 滤 波 器, 它 可 以 用 来 减 小 MCP1650/ 51/52/53 V IN 引 脚 上 的 开 关 噪 声 这 在 大 功 率 应 用 (>1W) 和 自 举 应 用 中 应 该 予 以 考 虑, 这 两 种 应 用 中 MCP1650/51/52/53 的 V IN 引 脚 由 升 压 调 节 器 的 输 出 电 压 供 电 考 虑 到 设 置 输 出 电 压 的 反 馈 分 压 电 阻 比 较 灵 敏, 布 线 时 应 该 远 离 前 面 讨 论 的 电 源 开 关 元 件 如 图 中 所 示, R 6 R 8 和 MCP1650/51/52/53 的 GND 引 脚 应 该 接 回 至 模 拟 地 层 模 拟 地 层 和 电 源 地 层 应 该 在 输 入 电 容 (C 2 ) 附 近 通 过 单 点 连 接 起 来 DS21876A_CN 第 20 页 2004 Microchip Technology Inc.
图 6-2 为 前 面 MCP1650/51/52/53 应 用 原 理 图 的 顶 层 走 线 如 图 6-2 所 示, 大 电 流 走 线 短 而 宽 这 个 例 子 中, 顶 层 和 底 层 都 使 用 了 1 oz. 敷 铜 层 连 至 C2 和 R4 的 地 层 通 过 连 接 顶 层 和 底 层 的 过 孔 连 接 起 来 反 馈 信 号 ( 来 自 TP2) 走 线 从 大 电 流 开 关 部 分 周 围 的 调 节 器 输 出 至 反 馈 电 压 分 压 器 和 MCP1650/51/52/53 的 FB 引 脚 图 6-3 为 前 面 MCP1650/51/52/53 应 用 原 理 图 的 底 层 走 线 顶 层 的 丝 印 参 照 器 件 标 签 均 为 透 明 模 拟 地 层 和 电 源 地 层 在 输 入 电 容 (C 2 ) 的 地 连 接 附 近 连 接 起 来 这 避 免 了 大 功 率 地 环 流 通 过 模 拟 模 拟 地 层 图 6-2: 顶 层 走 线 图 6-3: 底 层 走 线 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 21 页
7.0 封 装 信 息 7.1 封 装 标 识 信 息 8 引 脚 MSOP(MCP1650, MCP1651, MCP1652) 示 例 : XXXXX YWWNNN 1650SE 0448256 10 引 脚 MSOP(MCP1653) 示 例 : XXXXX YYWWNNN 1653SE 0448256 图 注 : XX...X 用 户 特 定 信 息 * YY 年 份 代 码 ( 年 历 的 最 后 两 位 数 ) WW 星 期 代 码 ( 一 月 一 日 的 星 期 代 码 为 01) NNN 以 字 母 数 字 排 序 的 追 踪 代 码 注 : 如 果 Microchip 器 件 编 号 没 有 在 一 行 完 全 标 出, 它 将 在 下 一 行 继 续 标 出, 因 此 限 制 了 用 户 特 定 信 息 的 可 用 字 符 数 * 标 准 的 标 识 包 括 Microchip 器 件 编 号 年 代 代 码 星 期 代 码 和 追 踪 代 码 DS21876A_CN 第 22 页 2004 Microchip Technology Inc.
8 引 脚 塑 料 微 型 封 装 (UA)(MSOP) 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 23 页
10 引 脚 塑 料 微 型 封 装 (UN)(MSOP) DS21876A_CN 第 24 页 2004 Microchip Technology Inc.
产 品 标 识 体 系 欲 订 货, 或 获 取 价 格 交 货 等 信 息, 请 与 我 公 司 生 产 厂 或 各 销 售 办 事 处 联 系 器 件 编 号 X X XX 器 件 器 件 UVLO 选 项 温 度 范 围 UVLO 选 项 R = 2.0V S = 2.55V 封 装 MCP1650: 750 khz 升 压 控 制 器 MCP1651: 750 khz 升 压 控 制 器 MCP1652: 750 khz 升 压 控 制 器 MCP1653: 750 khz 升 压 控 制 器 示 例 : a) MCP1650R-E/MS: UVLO 为 2.0V b) MCP1650RT-E/MS: UVLO 为 2.0V, 卷 带 式 c) MCP1650S-E/MS: UVLO 为 2.55V d) MCP1650ST-E/MS: UVLO 为 2.55V, 卷 带 式 a) MCP1651R-E/MS: UVLO 为 2.0V b) MCP1651RT-E/MS: UVLO 为 2.0V, 卷 带 式 c) MCP1651S-E/MS: UVLO 为 2.55V d) MCP1651ST-E/MS: UVLO 为 2.55V, 卷 带 式 温 度 范 围 E = -40 C 至 +125 C 封 装 MS = 8 引 脚 塑 料 微 型 封 装 ((MSOP) UN = 10 引 脚 塑 料 微 型 封 装 ((MSOP) a) MCP1652R-E/MS: UVLO 为 2.0V b) MCP1652RT-E/MS: UVLO 为 2.0V, 卷 带 式 c) MCP1652S-E/MS: UVLO 为 2.55V a) MCP1652ST-E/MS: UVLO 为 2.55V, 卷 带 式 a) MCP1653R-E/UN: UVLO 为 2.0V b) MCP1653RT-E/UN: UVLO 为 2.0V, 卷 带 式 c) MCP1653S-E/UN: UVLO 为 2.55V d) MCP1653ST-E/UN: UVLO 为 2.55V, 卷 带 式 销 售 与 技 术 支 持 数 据 手 册 初 始 数 据 手 册 中 所 述 的 产 品 可 能 会 有 一 份 勘 误 表, 其 中 描 述 了 较 小 的 运 行 差 异 和 推 荐 的 工 作 环 境 要 了 解 是 否 存 在 某 一 器 件 的 勘 误 表, 可 通 过 以 下 方 式 联 系 我 们 : 1. Microchip 在 当 地 的 销 售 办 事 处 2. Microchip 美 国 总 部 的 文 献 中 心, 传 真 :1-480-792-7277 3. Microchip 网 站 (www.microchip.com) 请 指 明 您 使 用 的 器 件 名 称 芯 片 型 号 和 数 据 手 册 的 版 本 ( 包 括 文 献 编 号 ) 客 户 通 知 系 统 只 要 在 我 公 司 网 站 (www.microchip.com/cn) 上 注 册, 就 能 获 得 产 品 的 最 新 信 息 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 25 页
注 : DS21876A_CN 第 26 页 2004 Microchip Technology Inc.
请 注 意 以 下 有 关 Microchip 器 件 代 码 保 护 功 能 的 要 点 : Microchip 的 产 品 均 达 到 Microchip 数 据 手 册 中 所 述 的 技 术 指 标 Microchip 确 信 : 在 正 常 使 用 的 情 况 下, Microchip 系 列 产 品 是 当 今 市 场 上 同 类 产 品 中 最 安 全 的 产 品 之 一 目 前, 仍 存 在 着 恶 意 甚 至 是 非 法 破 坏 代 码 保 护 功 能 的 行 为 就 我 们 所 知, 所 有 这 些 行 为 都 不 是 以 Microchip 数 据 手 册 中 规 定 的 操 作 规 范 来 使 用 Microchip 产 品 的 这 样 做 的 人 极 可 能 侵 犯 了 知 识 产 权 Microchip 愿 与 那 些 注 重 代 码 完 整 性 的 客 户 合 作 Microchip 或 任 何 其 它 半 导 体 厂 商 均 无 法 保 证 其 代 码 的 安 全 性 代 码 保 护 并 不 意 味 着 我 们 保 证 产 品 是 牢 不 可 破 的 代 码 保 护 功 能 处 于 持 续 发 展 中 Microchip 承 诺 将 不 断 改 进 产 品 的 代 码 保 护 功 能 任 何 试 图 破 坏 Microchip 代 码 保 护 功 能 的 行 为 均 可 视 为 违 反 了 数 字 器 件 千 年 版 权 法 案 (Digital Millennium Copyright Act) 如 果 这 种 行 为 导 致 他 人 在 未 经 授 权 的 情 况 下, 能 访 问 您 的 软 件 或 其 它 受 版 权 保 护 的 成 果, 您 有 权 依 据 该 法 案 提 起 诉 讼, 从 而 制 止 这 种 行 为 提 供 本 文 档 的 中 文 版 本 仅 为 了 便 于 理 解 Microchip Technology Inc. 及 其 分 公 司 和 相 关 公 司 各 级 主 管 与 员 工 及 事 务 代 理 机 构 对 译 文 中 可 能 存 在 的 任 何 差 错 不 承 担 任 何 责 任 建 议 参 考 Microchip Technology Inc. 的 原 版 文 档 本 出 版 物 中 所 述 的 器 件 应 用 信 息 及 其 它 类 似 内 容 仅 为 您 提 供 便 利, 它 们 可 能 由 更 新 之 信 息 所 替 代 确 保 应 用 符 合 技 术 规 范, 是 您 自 身 应 负 的 责 任 Microchip 对 这 些 信 息 不 作 任 何 明 示 或 暗 示 书 面 或 口 头 的 声 明 或 担 保, 包 括 但 不 限 于 针 对 其 使 用 情 况 质 量 性 能 适 销 性 或 特 定 用 途 的 适 用 性 的 声 明 或 担 保 Microchip 对 因 这 些 信 息 及 使 用 这 些 信 息 而 引 起 的 后 果 不 承 担 任 何 责 任 未 经 Microchip 书 面 批 准, 不 得 将 Microchip 的 产 品 用 作 生 命 维 持 系 统 中 的 关 键 组 件 在 Microchip 知 识 产 权 保 护 下, 不 得 暗 中 或 以 其 它 方 式 转 让 任 何 许 可 证 商 标 Microchip 的 名 称 和 徽 标 组 合 Microchip 徽 标 Accuron dspic KEELOQ microid MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE PowerSmart rfpic 和 SmartShunt 均 为 Microchip Technology Inc. 在 美 国 和 其 它 国 家 或 地 区 的 注 册 商 标 AmpLab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLAB PICMASTER rfpic SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均 为 Microchip Technology Inc. 在 美 国 的 注 册 商 标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Migratable Memory MPASM MPLIB MPLINK MPSIM PICkit PICDEM PICDEM.net PICLAB PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool rflab rfpicdem Select Mode Smart Serial SmartTel 和 Total Endurance 均 为 Microchip Technology Inc. 在 美 国 和 其 它 国 家 或 地 区 的 商 标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在 美 国 的 服 务 标 记 在 此 提 及 的 所 有 其 它 商 标 均 为 各 持 有 公 司 所 有 2004, Microchip Technology Inc 版 权 所 有 Microchip 位 于 美 国 亚 利 桑 那 州 Chandler 和 Tempe 及 位 于 加 利 福 尼 亚 州 Mountain View 的 全 球 总 部 设 计 中 心 和 晶 圆 生 产 厂 均 于 2003 年 10 月 通 过 了 ISO/TS-16949:2002 质 量 体 系 认 证 公 司 在 PICmicro 8 位 单 片 机 KEELOQ 跳 码 器 件 串 行 EEPROM 单 片 机 外 设 非 易 失 性 存 储 器 和 模 拟 产 品 方 面 的 质 量 体 系 流 程 均 符 合 ISO/TS-16949:2002 此 外, Microchip 在 开 发 系 统 的 设 计 和 生 产 方 面 的 质 量 体 系 也 已 通 过 了 ISO 9001:2000 认 证 2004 Microchip Technology Inc. DS21876A_CN 第 27 页
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