? ? ? ?????????????????????????????????????????芯片簡介

?MPQ4420H 是一款高頻、 同步、整流、降壓、開關(guān)模式 帶有內(nèi)置功率 MOSFET 的轉(zhuǎn)換器。 它 提供了一個(gè)非常緊湊的解決方案，以實(shí)現(xiàn) 2A 具有出色負(fù)載的連續(xù)輸出電流 在寬輸入電源和線路調(diào)節(jié) 范圍。 MPQ4420H 具有同步模式 操作以提高輸出效率 當(dāng)前負(fù)載范圍。 電流模式操作提供快速瞬態(tài) 響應(yīng)并簡化回路穩(wěn)定。 全面的保護(hù)功能包括過電流 保護(hù)和熱關(guān)斷。 MPQ4420H 需要最少數(shù)量的 隨時(shí)可用的標(biāo)準(zhǔn)外部組件， 并提供節(jié)省空間的 8 針 TSOT23 封裝。

?特征：

????????? 4V 至 36V 寬范圍連續(xù)工作輸入 范圍

????????? 90mΩ/55mΩ 低 RDS(ON) 內(nèi)部電源 MOSFET

????????? 高效同步模式 手術(shù) ? 默認(rèn) 410kHz 開關(guān)頻率

????????? 同步到 200kHz 至 2.2MHz 外部時(shí)鐘

????????? 汽車?yán)鋯?dòng)的高占空比

????????? 省電模式

????????? 內(nèi)部軟啟動(dòng)

????????? 電源良好

????????? OCP 保護(hù)和打嗝

????????? 熱關(guān)斷

????????? 輸出可調(diào)從 0.8V

????????? 采用 8 引腳 TSOT-23 封裝

????????? 適用于 AEC-Q100 1 級

TYPICAL APPLICATION CIRCUITS（典型電路）

?????????????????????????????????????????電路設(shè)計(jì)分析

要求需要設(shè)計(jì)車規(guī)級一款輸入13.2V輸出5V的DCDC電源。

１、芯片引腳的定義

Package Pin #	Name	Description
１	PG	Power Good. The output of this pin is an open drain and goes high if the output voltage exceeds 90% of the nominal voltage ?
２	IN	Supply Voltage. The MPQ4420H operates from a 4V to 36V input rail. Requires C1 to decouple the input rail. Connect using a wide PCB trace.
３	SW	Switch Output. Connect using a wide PCB trace.
４	GND	System Ground. This pin is the reference ground of the regulated output voltage, and PCB ayout requires special care. For best results, connect to GND with copper traces and vias
５	BST	Bootstrap. Requires a capacitor connected between SW and BST pins to form a floating supply across the high-side switch driver. A 20? resistor placed between SW and BST cap is strongly recommended to reduce SW spike voltage. ?
６	EN/SNC	Enable/Synchronize. EN high to enable the MPQ4420H. Apply an external clock to the EN pin to change the switching frequency.
７	VCC	Bias Supply. Decouple with 0.1μF-to-0.22μF capacitor. Select a capacitor that does not exceed 0.22μF.
８	FB	Feedback. Connect to the tap of an external resistor divider from the output to GND, to set the output voltage. The frequency fold-back comparator lowers the oscillator frequency when the FB voltage is below 660mV to prevent current limit runaway during a short-circuit fault condition.

２、芯片內(nèi)部電路圖

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３、電器特性

?VIN = 12V, TJ = -40°C to +125°C, unless otherwise noted. Typical values are at TJ=+25°C.

Parameter	Symbol	Condition	Min	Type	Max	Units
電源電流（關(guān)斷）	?	=0V			8	uA
電源電流（靜態(tài)）		=2V,=1V		0.5	0.7	mA
HS Switch-ON Resistance	?	=5V		90	155	mΩ
LS Switch-ON Resistance		=5V		55	105	mΩ
Switch Leakage		=0V, =12V			1	uA
Current Limit		Under 40% Duty Cycle	3	4.2	2.2	A
Oscillator Frequency		=750mV	320	410	500	kHZ
Fold-Back Frequency		<400mA	70	100	130	kHZ
Maximum Duty Cycle		=750mV 410kHZ	92	95		%
Minimum ON Time				70		ns
Sync Frequency Range			0.2		2.4	MHZ
Feedback Voltage		=25°	780	792	804	mV
			776		808	mV
Feedback Current		=820mV		10	100	nA
EN Rising Threshold			1.15	1.4	1.65	V
EN Falling Threshold			1.05	1.25	1.45	V
EN Threshold Hysteresis				150		mV
EN Input Current		=2V		4	6	uA
		=0V		0	0.2	uA
VIN Under-Voltage Lockout Threshold-Rising			3.3	3.5	3.7	V
VIN Under-Voltage Lockout Threshold-Falling			3.1	3.3	3.5	V
VIN Under-Voltage Lockout Threshold-Hysteresis				200		mV
VCC Regulator		=0mA	4.6	4.9	5.2	V
VCC Load Regulation		=5mA		1.5	4	%
Soft-Start Period		?from 10% to 90% ?	0.55	1.45	2.45	ms
Thermal Shutdown			150	170		°
Thermal Hysteresis				30		°
PG Rising Threshold		as percentage of? ?	86.5	90	93.5	%
PG Falling Threshold		as percentage of? ?	80.5	84	87.5	%
PG Threshold Hysteresis		as percentage of VFB		6		%
PG Rising Delay			40	90	160	us
PG Falling Delay			30	55	95	us
PG Sink Current Capability		Sink 4mA		0.1	0.3	V
PG Leakage Current				10	100	uA

VCC引腳為什么會(huì)接一個(gè)0.1uF的電容

????????5V內(nèi)部穩(wěn)壓器電源大部分 內(nèi)部電路。 該穩(wěn)壓器采用 VIN 輸入并在整個(gè) VIN 范圍內(nèi)工作：當(dāng) VIN 超過5.0V，穩(wěn)壓器的輸出是滿的 規(guī)定; 當(dāng) VIN 低于 5.0V 時(shí)，輸出 穩(wěn)壓器的下降跟隨 VIN。 一個(gè) 0.1uF去耦陶瓷電容需要在外部連接端。

FB反饋端

????????誤差放大器比較 FB 引腳電壓 針對內(nèi)部 0.8V 參考 (REF) 和 輸出一個(gè) COMP 電壓——這個(gè) COMP 電壓 控制功率 MOSFET 電流。 這 優(yōu)化的內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 最大限度地減少外部元件數(shù)量和 簡化了控制回路設(shè)計(jì)。

EN / SYNC 數(shù)字控制引腳

????????EN / SYNC是一個(gè)數(shù)字控制引腳，將 調(diào)節(jié)器開和關(guān)：驅(qū)動(dòng)EN高電平打開 調(diào)節(jié)器，將其驅(qū)動(dòng)為低電平以將其關(guān)閉。 一個(gè)內(nèi)部 從 EN/SYNC 到 GND 的 500kΩ 電阻允許 EN/SYNC 懸空以關(guān)閉芯片。 EN 引腳使用 6.5V 在內(nèi)部進(jìn)行鉗位 串聯(lián)齊納二極管，如圖2所示。 通過上拉連接 EN 輸入引腳 電阻連接到 VIN 引腳的任何電壓— 上拉電阻將 EN 輸入電流限制為 小于 150μA。例如，12V 連接到 VIN、RPULLUP ≥ (12V – 6.5V) ÷ 150μA = 36.7kΩ。 將 EN 引腳直接連接到電壓 沒有任何上拉電阻的源需要 限制電壓幅度≤6V，以防止 齊納二極管損壞。連接外部時(shí)鐘的范圍為 200kHz 至 2.2MHz 輸出電壓設(shè)置后 2ms 同步內(nèi)部時(shí)鐘上升沿到 外部時(shí)鐘上升沿。 的脈沖寬度 外部時(shí)鐘信號應(yīng)小于 1.7μs。

內(nèi)部軟啟動(dòng)

軟啟動(dòng)防止轉(zhuǎn)換器輸出 電壓從啟動(dòng)過程中過沖。 什么時(shí)候 芯片啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部電路產(chǎn)生一個(gè) 軟啟動(dòng)電壓 (SS) 從 0V 上升到 1.2V。 當(dāng) SS 低于 REF 時(shí)，SS 覆蓋 REF 因此誤差放大器使用 SS 作為 參考。 當(dāng) SS 超過 REF 時(shí)，錯(cuò)誤 放大器使用 REF 作為參考。 SS時(shí)間在內(nèi)部設(shè)置為 1.5ms。

過流保護(hù)和打嗝

MPQ4420H 具有逐周期過流功能 限制電感電流峰值時(shí) 超過設(shè)定的電流限制閾值。 如果 輸出電壓開始下降，直到 FB 低于 欠壓 (UV) 閾值——通常為 84% 下面的參考 - MPQ4420H 進(jìn)入 打嗝模式定期重啟部件。 這個(gè) 當(dāng)輸出為保護(hù)模式時(shí)特別有用 對地短路。 平均短路電流大大降低，以減輕 熱問題和保護(hù)穩(wěn)壓器。 這 一旦過流條件消除，MPQ4420H 將退出打嗝模式。

熱關(guān)斷

熱關(guān)斷防止芯片從 在極高的溫度下運(yùn)行。 當(dāng)硅片溫度超過 170°C 時(shí)， 它關(guān)閉了整個(gè)芯片。 當(dāng)溫度下降的時(shí)候 溫度降至低于其下限 （通常為 140°C）芯片再次啟用。

浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和自舉充電

一個(gè)外部自舉電容為 浮動(dòng)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器。一個(gè)專門的 內(nèi)部調(diào)節(jié)器（見圖3）收費(fèi)和 將自舉電容電壓調(diào)節(jié)至 ~5V。 當(dāng) BST 和 SW 之間的電壓 節(jié)點(diǎn)低于規(guī)定，PMOS 通過 從 VIN 連接到 BST 的晶體管導(dǎo)通。 充電電流路徑來自 VIN、BST 和 然后到西南。外部電路應(yīng)提供 足夠的電壓余量以方便充電。 只要 VIN 明顯高于 SW，則 自舉電容保持充電狀態(tài)。當(dāng)HS-FET開啟的時(shí)候 ，VIN ≈ VSW 所以自舉 電容不能充電。當(dāng) LS-FET 是 ON 時(shí)，VIN?VSW 快速達(dá)到最大值 收費(fèi)。當(dāng)沒有電感電流時(shí)， VSW=VOUT 所以 VIN 和 VOUT 之差 可以給自舉電容充電。漂浮的 驅(qū)動(dòng)器有自己的 UVLO 保護(hù)，具有上升 2.2V的閾值和150mV的滯后。一個(gè) SW 和 BST 電容之間放置 20Ω 電阻 強(qiáng)烈建議減少 SW 尖峰 電壓。

芯片啟動(dòng)和關(guān)閉

如果 VIN 和 EN 都超過了適當(dāng)?shù)?閾值，芯片啟動(dòng)：參考塊 先啟動(dòng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電壓 和電流，然后內(nèi)部調(diào)節(jié)器是 啟用。 該穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的電源 其余電路。 三個(gè)事件可以關(guān)閉芯片：EN 低，VIN 低，和熱關(guān)斷。 在關(guān)機(jī) 過程中，信令路徑首先被阻塞到 避免任何故障觸發(fā)。 該COMP電壓和 然后將內(nèi)部電源軌拉低。 這 浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序不受此關(guān)閉的影響 命令。

PG引腳

MPQ4420H 具有電源良好 (PG) 輸出。 PG 引腳是 MOSFET 的開漏極。 它 應(yīng)連接到 VCC 或其他一些 電壓源通過一個(gè)電阻器（例如 100kΩ）。 在 輸入電壓的存在， MOSFET 導(dǎo)通，使 PG 引腳拉低之前 SS準(zhǔn)備好了。 VFB 達(dá)到 90%×REF 后，PG 延遲后引腳被拉高，通常為 90μs。 當(dāng) VFB 下降到 84%×REF 時(shí)，PG 腳為 拉低。 此外，PG 被拉低，如果熱 關(guān)機(jī)或EN被拉低。

SW和BST引腳

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與 BST 電容器串聯(lián)的 20ohm 電阻器是 建議降低 SW 尖峰電壓。 SW 尖峰電阻越高越好 減少，但會(huì)影響效率 另一方面。 一個(gè)外部 BST 二極管可以增強(qiáng) 當(dāng)占空比為調(diào)節(jié)器的效率 高（>65%）。 2.5V和之間的電源 5V 可用于為外部自舉供電 二極管和 VCC 或 VOUT 是不錯(cuò)的選擇 該電源在電路中。推薦的外部 BST 二極管為 IN4148， BST電容值為0.1μF至1μF。

設(shè)置輸出電壓

外部電阻分壓器設(shè)置輸出 電壓。 這 反饋電阻 R1 還設(shè)置反饋回路 帶內(nèi)部補(bǔ)償?shù)膸?電容器。 選擇 40kΩ 左右的 R1。 然后 R2 給出：

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T 型網(wǎng)絡(luò)是 強(qiáng)烈推薦當(dāng) VOUT 低時(shí)。

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?RT+R1 用于設(shè)置環(huán)路帶寬。 基本上，更高的 RT+R1，更低的帶寬。確保環(huán)路穩(wěn)定性，它是強(qiáng)建議限制帶寬低于 40kHz 基于 410kHz 默認(rèn) fsw。 表格1 列出了推薦的 T 型電阻值 共同的輸出電壓。

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?選擇電感器

????????使用具有直流電流的 1μH 至 10μH 電感器 評級至少高于 25% 大多數(shù)應(yīng)用的最大負(fù)載電流。 為了 最高效率，具有小 DC 的電感器 建議抵抗。 對于大多數(shù)設(shè)計(jì)， 電感值可以從 以下等式

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其中 ΔIL 是電感紋波電流。選擇電感紋波電流為 大約為最大負(fù)載電流的 30%。

最大電感峰值電流為：

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使用更大的電感器來提高效率 在輕負(fù)載條件下——低于 100mA

?VIN UVLO 設(shè)置

????????MPQ4420H 具有內(nèi)部修復(fù)欠壓鎖定功能 輸出 (UVLO) 閾值：上升閾值為 3.5V 而下降閾值約為3.3V。 為了 應(yīng)用需要更高的 UVLO 點(diǎn)，外部 EN和IN之間的電阻分壓器如圖所示 圖 4 可用于獲得更高的等效值 UVLO 閾值。

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UVLO 閾值可以從 下面兩個(gè)方程：

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?其中 V=1.4V，V=1.25V。 選擇 R5 時(shí)，請確保它足夠大 限制電流流入 EN 引腳低于 150μA。

選擇輸入電容

????????降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電流為 不連續(xù)，因此需要一個(gè)電容器來 將交流電流提供給降壓轉(zhuǎn)換器 同時(shí)保持直流輸入電壓。 使用低 ESR 電容器以獲得最佳性能。 使用陶瓷 電容與 X5R 或 X7R 電介質(zhì)為最佳 結(jié)果，因?yàn)樗鼈兊牡?ESR 和小 溫度系數(shù)。 對于大多數(shù)應(yīng)用，一個(gè) 22μF 的陶瓷電容器是 足以維持直流輸入電壓。 而且它 強(qiáng)烈建議使用另一個(gè)較低的 小封裝電容值（例如 0.1μF） 尺寸（0603）吸收高頻開關(guān) 噪音。 確保放置小尺寸電容器 盡可能靠近 IN 和 GND 引腳（見 PCB 布局部分）。 由于 C1 吸收輸入開關(guān)電流，它 需要足夠的紋波電流額定值。 有效值 輸入電容中的電流可以通過以下方式估算：

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?最壞情況發(fā)生在 VIN = 2V 時(shí)， 在哪里：

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?為簡化起見，選擇一個(gè)輸入電容 RMS電流額定值大于一半 最大負(fù)載電流。 輸入電容可以是電解電容、鉭電容 或陶瓷。 使用電解或鉭時(shí) 電容器，添加一個(gè)小的，高品質(zhì)的陶瓷 電容器（例如 1μF）盡可能靠近 IC 放置 可能的。 當(dāng)使用陶瓷電容器時(shí)，使 確保他們有足夠的電容 提供足夠的電荷，以防止輸入電壓紋波過大。 輸入電壓紋波 由電容引起的可以通過以下方式估算：

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?選擇輸入出電容

????????輸出電容（C2）保持直流 輸出電壓。 使用陶瓷、鉭或低 ESR 電解電容器。 為獲得最佳效果，請使用 低 ESR 電容器以保持輸出電壓 紋波低。 輸出電壓紋波可以是 估計(jì)：

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其中 L1 是電感值，RESR 是 的等效串聯(lián)電阻（ESR）值 輸出電容。 對于陶瓷電容器，電容 控制在開關(guān)的阻抗 頻率，和電容導(dǎo)致 大多數(shù)輸出電壓紋波。 為了 簡化，輸出電壓紋波可以是 估計(jì)：

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對于鉭電容或電解電容，ESR 控制在開關(guān)的阻抗 頻率。 為簡化起見，輸出紋波 可以近似為：

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輸出電容的特性也 影響監(jiān)管體系的穩(wěn)定性。 這 MPQ4420H 可針對廣泛的范圍進(jìn)行優(yōu)化 電容和 ESR 值。

? ? ? ? ? ? ? ? 下一章使本章的DCDC仿真（采用的軟件是SIMetrix+Spice仿真模型）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MPQ4420HGJ DCDC电源设计的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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