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电池升压 5V9V12V24V36V42V,电流 2A3A5A10A 大功率方案:FP5207XR

卓达鑫 2021-10-26 00:55 次阅读

FP5207 是非同步升压控制 IC,透过 EXT Pin 控制外部 NMOS,输入低启动电压 2.8V 与宽工作电压 5V~24V,

单节锂电池 3V~4.2V 应用,将 Vout 接到 HVDD Pin;精准的反馈电压 1.2V,内置软启动,工作频率由外部电阻调整;过电流保护,检测电感峰值电流,检测电阻 Rcs 接在开关 NMOS Source 端与地之间。

特色

➢ 启动电压 2.8V

➢ 工作电压范围 5V~24V

➢ 反馈电压 1.2V (±2%)

➢ 关机耗电流小于 3μA

➢ 可调工作频率 100kHz~1000kHz

➢ 内置软启动

➢ 输入低电压保护(UVP)

➢ 可调过电流保护(OCP)

➢ 过温保护(OTP)

➢ 封装 SOP-8L(EP)

应用范围

蓝牙音响

➢ 充电器

➢ 移动电源

➢ 携带式产品

IC 内部方块图

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PIN 脚描述

SOP-8L (EP)

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特性曲线

(环境温度 25°C)应用电路图

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应用电路图

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应用元件

➢ C1、C7:输入与输出稳压电容。

➢ C2、C6、C8:高频噪声滤波电容

➢ C3:输入电源接 HVDD 经过内部稳压管到 VDS 产生 8V,此电压会提供内部电路与 EXT Pin驱动外部 Q2 的闸极,需要加稳压电容。

➢ C4、C5、C13、R1、R5:系统的补偿回路,关系到系统的稳定度。

➢ L1:电感具有储能与滤波功用,感值越大电感涟波越小,相对感值越小涟波越大。选用电感

需注意电感是否适合高频操作,及电感额定饱和电流值。

➢ D1:当 Q2 截止时,D1 萧特基管导通提供电感放电回路。

➢ Q2:使用内阻低的 NMOS,Drain 端高电压等于输出 19V,耐压选用 19V 的 1.5 倍。

➢ R3:Vin 与 EN 之间接 200kΩ,自动启动 IC。

➢ R6:调整工作频率电阻。

➢ R11、R12:分压电阻设定输出电压。

➢ R8:预留作为 EMI 对策。

➢ Rcs:电感峰值电流检测与过电流保护电阻。

功能说明

a. 软启动

IC 启动时,利用软启动限制 PWM 占空比,让占空比慢慢打开,避免瞬间输入涌浪电流过大。

b. EN 开关控制

如下分压电阻 R3、R4 连接 Vin 与 EN,可以调整 FP5207 开启与关闭电压,当 EN 超过 1.5V 开启,EN 低于 1.3V 关闭,迟滞电压 0.2V 可以避免 IC 反覆开关;EN 低于 1.3V 时 EXT PWM 讯号、VDS 电压都会被关闭,HVDD 耗电流小于 3μA;不设定开启与关闭电压,R3 接 200kΩ、 R4 不接,EN 内部拑位电路限制VEN<5.5V,此外 EN Pin 不能空接(悬空)。HVDD 电压低于 5V, 不能使用 R3、R4 控制 EN 开关,例如单节锂电池3V~4.2V,输出端接到 HVDD,当 Vin 降低 EN 关闭,输出不升压,HVDD 趋近 Vin,就会低于 5V。

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c. 工作频率

RT Pin 与地之间接电阻调整工作频率,频率范围 100kHz ~ 1000kHz,对应电阻 220kΩ ~ 17kΩ;当 RT Pin

不接电阻(悬空),FP5207 内部预设频率 150kHz,以下是电阻值对应工作频率图与计算公式。

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d. 过电流保护

过电流检测电阻 RCS 连接 Q2 Source 端与地之间,Q2 打开电感电流通过 RCS 产生 VCS,CS检测 VCS 峰值电压,以下公式计算 RCS,0.085V 是 CS 检测电压下限值,ILP 是电感峰值电流,常数 1.3 是提供 30%的误差范围,避免 RCS,电感,频率误差,而误触发过电流保护。当触发过电流保护,EXT 占空比会缩小,限制电感电流,避免 Q2 损伤。

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电感平均电流(输入电流)

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e. 过温保护

当 IC 内部芯片温度达到 150℃时,会将 IC 关闭,等温度降低到 120℃再恢复升压。

应用说明

a. 输入低电压应用

输入电压低于 5V,象是单节锂电池应用,将 HVDD Pin 接到 Vout,如果 Vout=5V~8.5V,可以将 VDS Pin接 Vout;双节锂电池 6V~8.4V,HVDD 接输入,也可以将 VDS 接输入,提高 EXT 驱动 MOS Gate 电压,会提升转换效率;输入高于 8.5V,HVDD 接输入,VDS 不接输入。

b. 电感计算

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c. 电容与萧特基选用

MLCC 陶瓷电容选用 X5R,X7R 材质,不建议使用 Y5V 材质(内阻高,电容值随温度变化大);萧特基选用低导通电压,平均电流大于输入与电感峰值电流,耐压大于输出电压的 1.5 倍。

d. 输出电压设定

输出端到 FB 接 R11,FB 到地接 R12,输出电压计算公式如下,1.2V 是 FB 反馈电压。

e. 布板说明

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➢ 大电流路径走线要粗,铺铜走线最佳。

➢ 开关切换连接点 L1、Q2 的 Drain 端与 D1,走线要短与粗,铺铜走线最佳。

➢ 输入电容 C6 靠近 HVDD 与 GND Pin,达到稳压与滤波功效。

➢ 分压电阻 R11/R12 靠近 FB 与 GND Pin。

➢ FB Pin 远离开关切换点 L1、Q2 的 Drain 与 D1,避免受到干扰。

➢ 输入电容 C1/C2 的地、输出电容 C7/C8 与 Rcs 的地,铺铜走线,上下层地多打洞连接。

➢ 输出电容 C7/C8 的地一定要靠近 Rcs 的地,可以降低开关切换突波,降低输出高频噪声。

➢ Rcs 靠近 CS 与 GND pin。

➢ 板子多余空间建议铺地。

f. EMI 对策

R8 磁珠规格如下,R9 与 C9 两者靠近,且要靠近 Q2 的 Drain 与 Source;R10 与 C10 两者靠近,且要靠近D1;输出 L2 磁珠规格如下;输出电容 C8 的地靠近 Rcs 地。测试条件 Vin=9V、Vout=19V、Iout=3A,如下测试结果垂直低标 7.33dB、水平低标 15.33dB。

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磁珠 FI321611U601

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常见问题

a. 输出电压不准确

输出电压设定值与应用板测试值差异大,分压电阻 R11,R12 要靠近 FP5207 的 FB 与 GND Pin,

GND Pin 在底部散热片,单层板走线需要特别注意,且要远离 L1,Q2 的 Drain 与 D1 开关切换点。

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b. 过电流保护误动作

设定过电流保护值与应用板测试值差异大,侦测电阻 RCS 要靠近 FP5207 的 CS 与 GND Pin,GND Pin 在

底部散热片,单层板走线需要特别注意。

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c. HVDD 电压低于 5V,不能使用 R3、R4 控制 EN 开关

HVDD 电压低于 5V,不能使用 R3、R4 分压电阻连接 Vin 与 EN,设定 EN 开启与关闭电压,例如单节锂电池输入 3V~4.2V,HVDD 是接输出电压,当 Vin 降低 EN 关闭,输出不升压,HVDD趋近 Vin,就会低于 5V。

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大瓦数应用范例

a. 应用板

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b. 应用电路

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c. 量测数值

Vin=12V、Vout=33V、Iout=6.1A、输出功率 200W (环温 25℃)

工作频率 :115kHz

转换效率 :95.8%

输出纹波 :250mV

元件温度 :L1=71℃、Q1=69℃、Q2=75℃、D1=82℃、D2=78℃、Rcs/Rcs1=81℃

d. PCB Layout

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