模拟DCDC电源芯片ASP3605S引脚功能及控制环路分析

1. 产品概述:

产品描述: ASP3605S 是国科安芯推出的一款高效的同步降压调节器,能够提供最大 5A 的输出电流。它支持 4V 至 15V 的输入电压范围,适用于电池供电设备、汽车电源系统等应用。

频率范围: 工作频率可以通过外接电阻调节,范围从 800kHz 到 4MHz,允许使用更小的元器件,提高效率。

多相操作: 支持最多 12 相并联工作,适用于更高电流需求的场合。

输出电压: 输出电压可调,具有±1%的精准度,参考电压为 0.6V。

电路原理图

2. 产品 主要特点:

最高效率: 可达 94%。

电流控制模式: 提供优良的负载和线性调整率。

高频操作: 可使用小型电感和电容,节省空间。

过压保护(OVP)与欠压保护(UVLO): 在异常条件下保护系统。

温度范围: 提供工业级(-40°C 至 85°C)、汽车级(-40°C 至 125°C)和航天级(-55°C 至 125°C)温度范围。

3. 引脚配置:

具有24个引脚,主要引脚功能如下

RT (Pin 1): 设置频率的引脚,可通过RT连接外部电阻(40k~200k)来设置工作频率(800kHz~4MHz)。

**PHMODE (Pin 2):**相位控制输入引脚。

**FB (Pin 4):**输出反馈电压。误差放大器的输入,用于将反馈电压与内部0.6V参考电压进行比较。该引脚通常连接到控制输出电压的电阻分压节点处。

**TRACK/SS (Pin 5):**输出跟踪和软启动引脚,便于用户控制输出电压的上升时间。这个引脚上的电压低于0.6V时,FB引脚电压跟随TRACK引脚电压。该引脚电压在0.6V以上时,跟踪功能会停止。

RUN (Pin 7): 启动/停止控制引脚。

V ON **(Pin 9):**控制导通时间的电压输入引脚。

**PGND (Pin 10, Pin 25):**电源地

**SW (Pins 11 to 16):**连接到外部电感的开关节点引脚。

PV IN **(Pins 17, 18):**功率电源输入引脚。

SV IN **(Pin 19):**电源输入引脚。给内部输出3.3V的线性稳压器提供输入电压。

SGND (Pin 22):接地引脚。

**CLKOUT (Pin 23):**多相运行时的时钟输出信号引脚。

**CLKIN (Pin 24):**相位检测器的外部同步输入引脚。

4 . 主控制环路 分析

ASP3605S是一款采用电流控制模式进行降压调节的芯片。内部的顶部功率MOSFET的导通时间由单触发定时器OST控制,以固定的时间间隔导通。在顶部功率MOSFET关闭后,底部功率MOSFET将会打开,并一直保持此种状态,直至电流比较器ICMP输出逻辑发生跳变,然后重新启动单触发定时器并开始下一个工作周期。误差放大器EA通过比较来自输出电压的反馈信号VFB与内部0.6V参考电压的反馈信号来调整COMP电压。如果负载电流增加,则会导致反馈电压VFB相对于内部参考电压下降。然后,COMP电压上升,直到平均电感电流匹配负载电流,COMP引脚电压稳定。

主控制环路原理图

当电流反转比较器检测到小负载电流的工作条件,将关闭顶部与底部的功率MOSFET,进入DCM工作模式,此时负载电流主要由输出电容提供,此时电感电流可降至零并变为负值,这种工作模式将持续到COMP电压上升至0.6V以上。将MODE引脚与INTVCC相接,系统将不会根据负载的大小来选择工作模式,而是强制进入CCM工作模式。

工作频率由RT引脚外接电阻的值决定,该电阻通过控制内部振荡器的电流控制系统的工作频率。如果CLKIN引脚上存在外部时钟信号,则内部锁相环将振荡器频率与外部时钟频率同步。另一个内部锁相环将内部振荡器的频率与开关频率进行同步,迫使功率MOSFET保持恒定的开启时间。

RUN引脚拉到地将关闭功率MOSFET及其大部分内部控制电路,迫使ASP3605S进入关闭状态。将RUN引脚置于0.7V以上时,仅打开内部基准,同时仍保持功率MOSFET关闭。当RUN引脚电压大于1.2V时,芯片开始工作。

内部低压差稳压器(LDO)负责产生3.3V电源,用于驱动和内部偏置电路的供电。INTVCC能够提供高达100mA的RMS电流,必须使用至少1µF的陶瓷电容器旁路到地。良好的旁路可以保证功率MOSFET栅极驱动电路输出大瞬态电流。高输入电压和高开关频率的应用需要LDO提供更高的功耗。

5 . 保护和控制特性:

过压与欠压保护: 确保设备在规定的电压范围内安全工作。

电流限制: 防止输出电流超出安全范围,保护设备。

启用控制: 通过 RUN 引脚控制芯片的启动与关闭。

热关断: 当芯片结温超过 160°C 时,会自动关闭,直到温度降低。

6 . 应用领域:

负载端电源: 适用于便携式仪器、分布式电力系统等。

电池供电设备: 如便携式电源设备。

汽车电源系统: 适用于汽车级应用,具有 AEC-Q100 认证。

7 . 设计示例:

基于应用的输入电压、输出电压和输出电流要求,选择合适的 RT 电阻、输出电感(如0.33μH)和电容(如47μF)来实现所需的性能。

ASP3605S非常适合高效的DC-DC转换应用,在便携式电源、汽车电子以及工业系统中表现优异。合理的电路设计和元件选择可以最大化其性能,确保在各种负载条件下稳定运行。

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