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开关型DC-DC集成电路MP1431的应用及电路制作

[日期:2013-12-14] 来源:  作者: [字体: ]

  本人曾经设计过一款便携式数字电视(DVB-T数字电视)产品,该产品还同时内置了DVD播放的功能,该机采用一个输出直流为12V的交流电源适配器作为外部电源的供给,同时内置由两块3.7V锂电池串联组成的电池组作为随机携带的电源。该机器工作时,需要的电压主要有+5V、+3.3V、+1.8V等几种,因此,无论是用电源适配器(+12V)供电,还是用内置的锂电池(7.4V)供电,它们都需要将供电电压(+12V或+7.4V)通过DC-DC转换成所需的+5V、+3.3V、+1.8V这几种电压。

 

  考虑到前面所讨论的关于线性电压调整器和开关型DC-DC器件的功耗问题及工作效率问题,因此顺理成章的就选择了开关型DC-DC器件来设计该产品的电源系统。下面,本人以+5V这一路电压为例来介绍开关型DC-DC集成电路MP1431在该产品电源系统中的应用及设计要点。MP1431是美国MPS公司(Mono-lithICPowerSystEMS,Inc)研制生产的一款降压型(Step-down)的DC-DC器件,它采用8PIN小型SOP封装,体积很小,只有5mm×4mm×1.5mm大小。该IC允许输入的电压范围为6.5V至28V,输出电流最高可达2A,其最高工作效率可达95%。该IC典型的数据为:当输入12V,输出5V,且电流达到1.5A时,其工作效率为90%。在这样高电压差、大电流的情况下,该IC连续工作24小时也无需加装任何散热器,可见其功耗非常之小。另外,该集成电路的外围电路十分简单,非常容易应用。

  MP1431典型的外部应用电路及部分内部原理图如下图所示。

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  该集成电路的工作原理简述如下:输入电压Vin从集成电路的pin2进入,这时如果在pin7(Enable)端加高电平(+5V左右),则IC被启动进入到工作状态。在时间Ton(导通期间)内,输入电压通过导通的MOS管V1从IC的pin3端输出,加在电感L1的左端。该电流经过L1与电容C5组成的滤波电路向负载RL供电,同时在电感L1上储存了电能。在时间Toff(关断期间)内,MOS管V1关断,这时,在电感L1上产生的自感电压为左负右正,因此加在二极管D1上的电压是正向电压,致使二极管导通。电感L1与二极管Dl及负载RL形成了一个放电回路,电感L1上储存的电能向负载RL释放,以提供负载RL所需的电能。电路中各点的波形如下图所示。

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MP1431各管脚的功能定义如下表所示。

管脚号 名称 功能描述
1 BS 为IC内部的MOS管提供高压驱动,通常外接0.01uF的电容到sw端
2 IN 输入电压端,范围:6. 5V至28V
3 sw 开关电压输出端
4 GND 接地端
5 FB 反馈电压输入端
6 COMP 补偿端,外接由电阻、电容组成的补偿网络
7 EN 使能端,高电平启动IC进入工作状态,低电平停止工作
8 REF 参考电压输出端,一般无需连接

  在本人设计的一款便携式数字电视(DVB-T)产品中,采用这颗IC设计+5V电源的实际电路如下图所示。

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  在设计这个电路时,特别要注意以下几点:1、这里用的电阻、电容等元件都是采用贴片型的元件。采用贴片型元件的好处:一是可以使整个电路的体积做的很小,二是为了让各元件排列得很紧凑,以避免元件之间连接线过长而导致引入外部的干扰使得电路工作不稳定02、电容C4、C5不能用电解电容,而必须采用瓷介质贴片电容,最好是采用X7R型或X5R型的贴片电容,因为这种电容滤波效果较好,能确保输出电压Vout的纹波电压较小。3、C2必须采用X7R型的贴片电容,同时还要尽可能靠近MP1431,以确保使得从输入端引入的高频干扰减到最小。4、D1必须采用正向电流大于2A的肖特基二极管(Schottkybarrierdiode)以确保当IC内部的MOS管V1关断时,电感L1能快速的向负载提供足够大电流。5、R3、R4、R5必须采用误差为1%的贴片电阻,以确保输出电压Vout的精度达到预定的要求。6、L1采用绕线式工字型贴片电感,其额定工作电流必须达到1.5A以上。

  电路中所使用的所有元件的型号规格参数如下表所示。

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  在采用集成电路MP1431来设计电源系统时,有以下几点值得注意:

  1、如果采用MP1431作为+3.3V、+1.8V或者其它输出电压的稳压电路的DC-DC器件来设计应用电路时,(图3)中的某些元件是需要改变参数的。如:Ll、Dl、C6、R3、R4、R5、R6都需要根据输出电压的大小而重新选择适当的参数。

  2、在PCB布线时,必须注意地线的排布方法。一般要求将输入部分的地线与输出部分的地线分别各自在一点汇总后再相互连接起来,且汇总地点尽可能靠近MP1431的pin4(GND)端。

  3、L1、D1、C3必须在一点进行连接并且与MP1431的pin3(SW)端连接的线段要尽可能短一些,粗一些。

  4、L1、D1、C4这几个元件所围成的面积要尽可能的小一些。

  以上几点措施是为了使设计出来的实际应用电路具有极好的工作稳定性,使输出电压在纹波、输出电压精度、信噪比等各方面都获得非常好的性能指标。事实上,本人在便携式DVB-T数字电视产品中用MP1431设计了+5V、+3.3V、+1.8V三路电源,实际测得该机的性能指标非常好,输出电压上的纹波很小,音频系统的信噪比达到了90dB以上,充分证明该电路具有很好的实用性。


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