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带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器

发布时间:2021-03-05 来源:Dave Baker 责任编辑:wenwei

【导读】MP8859 是一款4开关同步升降压变换器。 它支持2.8V至22V的宽工作输入电压范围(电流高达4A),可提供1V至20.47V范围内的输出电压(电流高达3A),以10mV为步长。通过方便易用的I2C接口,用户可以轻松配置操作参数。这使得MP8859非常适用于USB PD和电池供电的便携式设备。 
 
根据连接的终端设备,USB PD应用通常需要5V至20V(如,5/9/15/20)范围之内的输出电压。该变换器的输入电源电压可能是固定的12V(如,笔记本电脑的内部USB PD端口);或者,是不固定的电池包电压(如,USB PD便携式充电器)(请参见图1)。 终端设备通常通过缆线在USB插座上热插拔,这意味着升降压变换器必须具有快速动态响应,以应对负载的突然变化。MP8859还提供线损补偿功能,可以补偿由于USB线缆阻抗导致的压降。
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图1: USB PD充电器
 
许多电池供电的便携式设备都需要DC/DC升降压拓扑结构以生成稳定的固定输出电压。因为是电池包,刚开始的输入电压可能高于输出电压,随着电池放电,其输入电压可能低于输出电压。
 
以数码相机为例,其DC/DC变换器需要为光学变焦电机供电。相机必须在瞬态大电流条件下提供恒定的供电电压,以实现快速变焦(请参见图2)。由于电池电压随剩余电荷而变化,升降压变换器可提供良好的动态响应以及升降压模式之间的无缝切换,从而实现可靠的操作。 
MP8859是一款集成升降压变换器,适用于类似数码相机的多种应用。 
 
产品特性和优势 
 
●     2.8V至22V宽工作输入电压范围
●     1V至20.47V输出电压范围(默认为5V),通过I2C提供10mV分辨率
●     3A输出电流或4A输入电流
●     内部集成4个低导通电阻功率MOSFET
●     500kHz开关频率
●     带打嗝模式的输出过压保护(OVP)
●     带打嗝模式的输出短路保护(SCP)
●     过温警告和关断
●     带ALT引脚的I2C接口
●     四个可配置的I2C地址
●     用于默认设置的一次性可调(OTP)非易失性存储器
●     I2C可配置线路压降补偿、PFM/PWM模式、软启动、过流保护(OCP)
●     EN关断、可配置输出放电
●     采用QFN-16(3mmx3mm)封装
●     通过UL认证,UL2367:E322138 li60950-1 / li60950-1-07:E500002-A1-CB-1
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图2: 变焦数码相机
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图3: MP8859功能框图
 
工作原理
 
MP8859在降压模式下采用恒定导通时间(COT)控制,在升压模式下采用恒定关断时间控制,可提供快速负载瞬态响应和平滑的升降压模式切换。MP8859可根据输出负载在脉冲频率调制(PFM)模式和脉冲宽度调制(PWM)模式之间自动切换,也可以设置为强制PWM模式。自动PFM/PWM模式可最大程度地提高轻载效率,而强制PWM模式则可提供最低的输出纹波。它还可以配置恒定的输出电流限值,可应用于更广泛的场合。
 
图 4 显示了具备四个内部MOSFET桥和外部电感器的器件结构。 当VIN超过VO时,变换器工作在降压模式;当VIN接近VO时,它以升降压模式工作;当VIN低于VO时,工作于升压模式(请参见图5). 
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图4: 拓扑结构
 
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图5: 工作模式
 
MP8859 MPS提供MP8859评估套件,其中包括一个演示板、USB到I2C的通信接口,以及GUI软件。(请参见图6)。
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图6: MP8859评估套件
 
MP8859性能
 
MP8859使用MPS先进的半导体工艺来提供高转换效率。 在12V输入电压和9V/1.5A输出电压条件下,工作于强制PWM降压模式,其效率高达97%(如图7所示)。 
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图7: 效率曲线(VIN = 12V, VOUT = 5V 至 20V, 强制PWM模式)
 
在5V输入电压和9V/0.5A输出电压条件下,工作于强制PWM升压模式,效率高达96%(如图8所示)。 
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图8: 效率曲线 (VIN = 5V, VOUT = 5V 至 9V, 强制PWM模式)
 
MP8859可在满负载时将负载调整率保持在±0.10%以内,以确保输出电压的稳定性(如图9所示)。 
 
带I2C控制的集成DC/DC升降压变换器
图9:负载调整率与负载电流关系图
 
默认器件参数
 
TMP8859的一次性可调(OTP)非易失性存储器存储了每个可配置器件选项的默认设置,并在启动时加载。所有出厂默认设置可在MP8859数据手册中查看。
 
这些默认设置可根据客户要求针对每个用例进行更改,具体可联系MPS现场技术支持工程师讨论更改事宜。
 
结论
 
MP8859是一款多功能升降压变换器,适用于要求输出电流高达3A的各种USB、PD或便携式电池供电应用。其I2C可配置性加快了评估速度并减少了设计时间,从而可实现MP8859的快速定制。
 
 
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