SiC471 microBUCK DCDC转换器

1、描述SiC47x系列是一款宽输入电压、高效率的同步降压稳压器，集成了高侧和低侧功率MOSFET。其功率级能够在高达2MHz的开关频率下提供大连续电流。该稳压器可在4.5V～55V的输入电压范围内，输出可调节的输出电压(低至0.8V)，适用于计算、消费电子、电信及工业等多种应用场景。SiC47x的架构可实现超快速瞬态响应，同时具备极小的输出电容和在极轻负载下的严格纹波调节能力。该器件无论采用何种类型的输出电容器(包括低ESR陶瓷电容器)均能确保环路稳定性。此外，该器件还集成了一套节能方案，可显著提升轻负载效率。该稳压器集成了完整的保护功能，包括过流保护(OCP)、输出过压保护(OVP)、短路保护(SCP)、输出欠压保护(UVP)及过温保(OTP)。它还配备了输入轨UVLO保护以及用户可编程的软启动功能。SiC47x系列提供3A、5A、8A、12A电流规格，采用引脚兼容的5mm*5mm无铅电源增强型MLP55-27L封装。图1SiC47x典型应用电路图图2SiC472效率vs输出电流2、管脚图3 SiC47x管脚配置管脚描述管脚号符号描述1VCIN内部稳压器VDD和VDRV的供电电压。该引脚应连接至VIN，但也可连接至较低的供电电压(5V)，以降低内部线性稳压器的损耗。2PGOOD开漏型电源好指示高阻抗状态表示电源正常，需要一个外部上拉电阻。3EN使能引脚：将该引脚接高电平或低电平，以相应地使能或禁用该芯片。该引脚兼容高压，可直接连接至VIN。4BOOT高侧驱动器自举电压5,6PHASE高侧栅极驱动器的返回路径7, 8, 29VIN功率级输入电压，高侧MOSFET的漏极9, 10, 11, 17, 30PGND电源地12, 13, 14SW功率开关节点15GL低侧MOSFET栅极信号16VDRV内部栅极驱动器的供电电压。当使用内部LDO作为偏置电源时，VDRV为LDO输出端。将一个4.7F的去耦电容连接至PGND。18ULTRASONIC悬空以禁用超音速模式，连接至VDD以启用该模式。根据模式引脚设定的工作模式，当超音速模式被禁用时，将启用节能模式或强制连续模式。19SS通过将电容器连接至AGND来设置软启动斜坡；内部电流源将对电容器进行充电。20VSNS用于系统稳定性补偿的功率电感信号反馈引脚21COMP内部误差放大器的输出端，反馈环路补偿网络从该引脚连接至AGND引脚。22VFB用于编程开关稳压器输出电压的反馈输入端需连接至从VOUT到AGND的外部分压电阻器。23, 28AGND模拟地24fSW通过将电阻器连接至AGND来设定通电时间25ILIMIT通过将电阻器连接至AGND来设置电流限值26VDDIC的偏置电源。VDD为LDO输出端，需将1F去耦电容连接至AGND。27MODE通过将电阻器连接至AGND来设置各种操作模式，详情请参阅规格表。3、参数限值推荐值注：当输入电压低于5V时，需向VCIN引脚提供一个至少为5V的独立电源，以防止内部VDD电源轨的欠压锁定(UVLO)功能被触发。4、功能框图图4SiC47x功能框图5、工作描述1）器件概述SiC47x是一款高效率同步降压稳压器系列，可提供高达12A的连续电流输出。该器件具有可编程开关频率范围(100kHz～2MHz)，采用电压模式、恒占空比控制方案，可实现快速瞬态响应，最大限度减少外部元件数量，并能确保无论使用何种输出电容(包括低ESR陶瓷电容)均能保持环路稳定性。该器件还集成了节能功能，可启用二极管模拟模式及负载降低时的频率折返功能。SiC47x具备完整的保护与监控功能：逐脉冲过流保护；输出过压保护；具有自动重试功能的输出欠压保护；带有滞后特性的过温保护；专用使能引脚，便于电源时序控制；电源良好状态开漏输出；本器件采用MLP55-27L封装，可实现高功率密度并最大限度减小PCB面积。2）功率级SiC47x集成了高性能功率级，其中包含一个N沟道高侧MOSFET和一个N沟道低侧MOSFET，经优化可实现高达98%的效率。用于功率转换的电源输入电压(VIN)可高达55V，低至4.5V。3）控制线路SiC47x采用电压模式COT控制机制，并结合自适应零电流检测技术，可在不连续导通模式(DCM)下实现节能。开关频率fSW由外部电阻AGND(Rfsw)设定，计算公式如下。SiC47x的工作频率范围为100kHz至2MHz，具体取决于VIN和VOUT的条件。注意：只要VIN与VCIN连接在一起，开关频率fSW就与VIN无关，因为导通时间会随VIN的变化而调整。在稳态工作期间，反馈电压(VFB)与内部基准电压(典型值0.8V)进行比较，同时放大后的误差信号(Vcomp)在补偿节点处由外部补偿元件Rcomp和Ccomp 产生。一个外部产生的斜坡信号与Vcomp一同输入至比较器。▲整体框图见图4。一旦Vramp超过Vcomp，便会产生一个固定时长的导通脉冲。在导通脉冲期间，高侧MOSFET将导通。导通脉冲结束后，经过一段死区时间，低侧MOSFET将导通。低侧MOSFET将保持导通一段最小持续时间(等于最小关断时间tOFF_MIN)，并维持导通状态直至Vramp再次超过Vcomp。随后该周期重复进行。▼图6展示了采用外部纹波注入的电压模式、恒定占空比架构Vramp的基本框图，而图5则展示了其基本工作原理。图5 SiC47x工作原理图6SiC47x控制框图设计辅助工具PowerCAD在线设计仿真：https://vishay.transim.com/landing.aspx，速度很慢，不好用。电感选型工具：www.vishay.com/inductors/calculator/calculator/