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(多图) 包含12V buck转换器的低成本用电设备完整方案

MAXIM公司?? 2010年06月29日 ?? 收藏0

  图1电路为完备的PD供电电路,具有一个DC-DC转换器,输出12V电压时可提供高达0.85A的电流。MAX5953A内置高边、低边功率开关FET,低边FET不能配置为同步整流二极管。因此,buck转换器仅使用高边FET。因为IC内部的限流电路工作时利用低边FET电流产生的压降,该电路不具备自动电流限制功能。启动时,保险丝F1提供短路保护。

完备的PD供电电路

  MAX5953具有如下特性:

  1.TVS二极管D1用于抑制瞬间尖峰电压和反向电压。

  2.该电路根据输入电压不同工作在三种模式:PD侦测模式、PD分级模式和PD供电模式。使用或没有使用二极管电桥情况下的电压门限都符合IEEE 802.3af标准。

  ·在PD侦测模式下,供电设备(PSE)在VIN施加两个1.4V至10.1V、最小步长为1V的电压,并记录这两点对应的电流测量值。PSE随后计算V/I,确认25.5k的特征电阻R1是否存在。此模式下,MAX5953A的绝大部分内部电路是关断的,且偏置电流低于10μA。

  ·在分级模式下,PSE根据PD的功耗要求对PD进行分级。电阻R2 (255)通知PSE,PD将在最大功率为6.49W至12.95W的3级模式下工作。当电源进入供电模式时,分级电流关断。

  ·当VIN上升到38V UVLO门限电压以上时,MAX5953A进入供电模式并逐渐打开内部MOSFET,抑制浪涌电流。

  3.完成开启过程,且VOUT - VEE = 1.23V时,PGOOD进入漏极开路模式。软启动电容C15由内部33μA的上拉电流充电,给DC-DC转换器提供软启动。通过设定分压电阻R6/R7和1.33V的DCUVLO的电压门限,DC-DC转换器在达到VOUT = -30V (相对于V+)以前没有开始工作。

  4.因为3级功率限制最大功率为12.95W,当输出电压为12V、电源转换效率为80%时,负载电流限制在0.85A。

  电路说明

  UVLO的默认启动电压为38.6V,默认关断电压约为30V。利用V+和VEE间的分压电阻(中心抽头接在UVLO)可以将UVLO的启动、关断电压设置在12V至67V之间的任意值。

  达到UVLO门限电压时,以10μA电流给FET栅极充电,内置FET将缓慢导通。缓慢的导通过程使100μF电容C6的充电电流最小。该电路中,OUT的热拔插输出电压以大约910mV/ms的速率下降,电压作用到输入端大约8ms后开始下降,见图2。

热插拨启动和斜坡时序?

  PWM电路说明

  DC-DC转换器是典型的buck转换器,使用内部高边FET和外部肖特基同步整流二极管。输入电压范围为30V (由DCUVLO的分压电阻设置)至60V,该范围对应的降压比为最小2.5:1至最大5:1,对应的占空比为20%至40%。开关频率由R4、C4设定为532kHz,以提供最小420ns的导通脉冲宽度,保持低开关损耗。

  软启动过程包括一下操作时序:限制OPTO反馈电压使其不要比CSS端电压高出1.45V,由内部33μA电流源给CSS端电容充电。PGOOD将CSS初始电压箝位至GND,而当OUT与VEE之间的差值小于1.2V时,热拔插功能完成,PGOOD释放。该过程允许启动时反馈信号缓慢上升,缓慢增大占空比可以避免输出过冲。启动时OPTO引脚的上升斜率体现了软启动特性(图3),当VOPTO电压约为2V时,斜坡电压处于正常工作状态。图4所示为重载时的情况,图5所示为轻载时的工作情况。

软启动特性

重载时情况的软启动特性

轻载时工作情况的软启动特性

  控制器工作在电压模式,前馈电压斜率由R3和C3设定。OPTO信号与RAMP电压进行比较。

  启动时的输出电压过冲

  477nF的软启动电容(CSS)将过冲电压降至1%甚至更低,如图6所示。较小的CSS电容能够在一定程度上控制上电过程出现的输出电压过冲,如图7所示,当CSS = 100nF时,电压过冲达到7.7%。更小的CSS可加速启动过程,但却增大了上电时的输出电压过冲。

477nF的软启动电容

较小的CSS电容能够在一定程度上控制上电过程出现的输出电压过冲


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buck转换器? MAX5953? 软启动? UVLO?

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