MAX8529及xDSL调制解调器中的1.5MHz双路降压型控制器

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:MAX8529是美国Maxim公司推出的一款新型1.5MHz双路降压型控制器,该芯片具有同步双路180℃异相操作功能,且在DSL频段的输出噪声很低,尤其适用于xDSL调制解调器中。文中介绍了MAX8529的性能及特点,并阐述MAX8529应用电路中的相关设计要求。 关键词:MAX8529;180℃异相;电磁干扰(EMI);SYNC 1 概述 MAX8529是美国Maxim公司推出的一款新型1.5MHz降压型控制器,该芯片中的两个独立调节器是以180%26;#176;C异相操作的,从而降低了输入滤波要求,减小了EMI,改善了效率,同时也有效降低了元件的损耗,节省了电路板的空间。另外,该芯片还具有低损耗、体积小的优点,而且在DSL频段的输出噪声很低。MAX8529主要应用在xDSL调制解调器、宽带路由器、DSP、ASIC及FPGA电源等方面。 MAX8529利用MOSFET低侧的电阻作为电流感应器件,从而省去了电流感应电阻,这使得DC-DC结构在输出过载或输出短路时免受损坏。在短路期间,可通过调整反馈电流门限来减小功率损耗。由于MAX8529内含一个上电复位输出,因而可在两个输出达到调整门限时给系统发出复位信号。MAX8529的主要特点如下: ●在DSL频段工作时,输出噪声很低; ●可使用陶瓷电容工作为输入/输出电容; ●能够同时进行降压操作或升压/降压操作; ●具有四个输出以及90℃相位输出(用两个MAX8529); ●具有反馈电流限制功能; ●输入电压为4.75V~23V; ●输出电压为0V~18V(达到6A); ●效率大于90%; ●采用固定频率进行PWM操作; ●具有600kHz~1.5MHz的可调整开关频率; ●具有外部SYNC输入; ●带有主/辅电路同步的时钟输出; ●具有软启动及软停机功能; ●RST输出的延迟最小量为140ms; ●具有无损耗电流限制(无感应电阻)功能; ●采用24-QSOP封装; ●操作温度为-40~+85℃(MAX8529EEG)。 图1 2 MAX8529的内部功能及引脚说明 2.1 MAX8529的内部结构 MAX8529的内部结构框图如图1所示,它由PWM比较器、斜坡调节器、振荡器、5V线性调节器、软启动DAC及欠压锁定等部分组成。该控制器可从4.75V~23V的输入中得到两个输出,且每一个输出都可在1V~18V范围内进行调节。利用同步180%26;#176;C异相输出操作可减小输入电压纹波和总RMS输入电流纹波。可用一个外部电阻来调节开关频率(600k~1.5MHz)。若要实现二选一,控制器可以和另一个MAX8529产生的外部时钟或一个系统时钟同步。一个MAX8529能够产生一个同相或90℃相位差的输出,由于同步时钟信号一般可由另一个控制器提供,因此,两个控制器可以两相交替操作,也可以四相(每一相移相90℃)操作。另外,该装置还具有软启动和软停机功能。 MAX8529降压型变换器可为每一相输出提供一个PWM电压模式控制(如图1),由于它既可以通过内部振荡器分频,也可以由外部时钟驱动SYNC输入而产生时钟信号,因此,每一个控制器的开关频率等于振荡频率的一半(fSW=fOSC/2)。此外,内部跨导误差放大器可在COMP端产生完整的误差电压,也可以提供高精度的DC输出。可用PWM比较器和斜坡发生器在COMP端确定占空比。在每一个时钟的上升沿,REG1的高侧MOSFET接通,并保持该状态,直到达到适当的占空比或最大占空比。而第二个高侧MOSFET(REG2)则在时钟的下降沿接通。在每一个高侧MOSFET接通期间,相应的感应电流斜坡上升。 在开关周期的第二半周,高侧MOSFET关闭,低侧MOSFET接通,感应电流斜坡下降,能量释放并提供输出电流。在过载情况下,当感应电流超出选择的谷电流门限时,在相应的时钟边沿,高侧MOSFET仍不导通,而低侧MOSFET则保持导通以使感应电流继续下降。 2.2 MAX8529引脚说明 MAX8529的引脚排列如图2所示,各引脚的功能如下: 1,12脚(COMP2,COMP1):分别为调节器2、1的补偿端; 2,11脚(FB2,FB1):分别是调节器2、1的反馈输入端,这两个引脚分别接在REG2、REG1到GND之间的一个电阻分配器上,可用于调节输出电压(1V~18V)。 3,10脚(ILIM2,ILIM1):分别是调节器2、1的限流调节端。若分别连接ILIM2、ILIM1至VL,那么,PGND-LX2、PGND-LX1的限流门限默认值为100mA。分别在ILIM2、ILIM1端到GND之间连接一个电阻RILIM2和RILIM1,则可将REG2、REG1的限流门限VITH2和VITH1调至50mV(RILIM2=100kΩ)至 300mV(RILIM2=600kΩ)。 4脚(OSC):振荡输入端。由于控制器通过振荡器分频来产生时钟信号,因此开关频率等于同步频率的一半(fSW=fOSC/2)。在OSC至GND之间连接一个电阻ROSC,可以产生600kHzROSC=10kΩ~1500kHzROSC=4kΩ的开关频率。当连接一个外部时钟至SYNC时,控制器仍要求有ROSC,而且选择ROSC应满足SYNC一半的输入。 5脚(V+):输入电源电压(4.75V~23V)。 6脚(REF):2V参考输出。使用时应通过一个0.22μF或更大的陶瓷电容连接到GND。 7脚(GND):模拟地。 8脚(CKO):时钟输出,用于外部2相或4相同步时钟输出。 9脚(SYNC):同步或可选时钟输入。SYNC有三种操作模式,连接SYNC到一个1200kHz~2800kHz的时钟可以进行外部同步;连接SYNC到GND可以作为一个主控制器的2相操作;连接SYNC到VL则可作为一个主控制器的4相操作。 图3 13脚(RST):上电复位端。当两个输出电压低于调节点10%以上时, RST为低电位。当系统完成软启动后,两个输出电压超出正常输出电压(VFB—>0.9V)的90%,那么,系统将在一个140ms延迟以后把RST变为高阻状态,并在两个输出保持稳定时维持高阻状态。在RST与逻辑输入之间连接一个电阻可以产生逻辑电平。 14,23脚(DH1,DH2):分别是调节器1/2的高侧栅驱动器输出端,DH1一般在LX1与BST1之间变动,而DH2则通常在LX2和BST2之间变化。 15,22脚(LX1,LX2):分别是调节器1/2外部感应器的连接端,可以将LX1/LX2分别连接到感应器的开关端,以便使LX1、LX2作为较低的输入源来驱动DH1、DH2高侧栅驱动器。 16,21脚(BST1,BST2):分别是调节器1/2的升压快速电容连接端,设计时,在BST1至LX1端和BST2至LX2端应分别连接一个外部陶瓷电容。 17,20脚(DL1,DL2):分别是调节器1/2低侧栅驱动器输出端,DL1、DL2的输出电压一般在PGND与VL之间变动。 18脚(PGND):电源地。 19脚(VL):内部5V线性调节器输出端。 24脚(EN):高电平使能端。当该端为逻辑低电平时,电路中的两个控制器将被关闭。而当该端连接至VL时,操作则将一直保持。 图4 3 MAX8529的应用电路 MAX8529的应用电路如图3所示。MAX8529的所有功能的能源都来自于低衰落5V调节器。调节器最大输入电压(V+)为23V,输出(VL)到PGND之间应接一个4.7μF的陶瓷电容。由于VL衰落电压标称值为500mV,因此,当V+值大于5.5V时,VL为5V。而当VL低于4.5V时,欠压锁定电路将锁定两个调节器。VL线性调节器能够输出50mA以上的电流给IC,以激励低侧栅驱动器为外部升压电容充电以及供应小的外部负载。 高侧开关管的栅驱动电压是由快速电容升压电路提供的(请参见图3所示电路)。在启动后,电容将充电到5V,在第二半周期,低侧MOSFET关闭,并关闭BST—与DH—的一个内部开关,同时接通高侧MOSFET管。 SYNC有两个功能:一个是同步从控制器选择的时钟输出(CKO);另一个是使时钟输入与MAX8529的外部时钟信号保持同步。因此,MAX8529具有主、从控制器两种功能。CKO的作用是提供一个同步的时钟信号来作为MAX8529的开关频率,它可以与控制器的同步信号保持同相(SYNC=GND)也可以有90℃相位(SYNC=VL)。MAX8529可以提供的三种控制模式如下: 第一,当SYNC接GND时,CKO的输出频率与REG1的开关频率(fCKO=fDH1)相等,而且两个信号同相,这时,如果该信号和从控制器同步,则可提供2相操作。 第二,当SYNC接VL时,CKO的输出频率等于REG1开关频率的两倍(fCKO=2fDH1),此时两信号相位相差90℃,这样,系统信号在和从控制器同步时,就可提供4相操作。 第三在由外部振荡器驱动SYNC时,可见SYNC输入信号进行2分频来产生控制器的时钟(fSW=fSYNC/2),此时,REG1的周期变换将在内部时钟信号的上升沿进行, fCKO=fDH1,且同相。但这时仍需要ROSC,而此时的内部振荡频率为同步频率的一半(fOSC=fSYNC/2)。 4 结束语 由于MAX8529内部的两个独立调节器采用了同步的180℃异相操作输出,因而和传统的同相输出相比,它对输入滤波的要求降低了,EMI减小了,同时效率也大大提高了,另外还降低了元件的损耗,节省了电路板空间。尤其在DSL频段,其输出噪声很低,故在xDSL调制解调器、宽带路由器、DSP、ASIC及FPGA电源等领域得到了广泛应用。
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