原创 基于HT74153的2A输出同步降压稳定电路(附BOM表)

2022-6-28 10:22 350 0 分类: MCU/ 嵌入式 文集: 方案
大电流输出能力对小电机驱动等单节锂电池应用非常重要,本方案采用HT74153同步降压转换器,可在PWM/PFM自动切换模式下驱动高达2A的负载电流,并在空载条件时降低其待机电流。方案输入电压范围宽2.5~6.0V,输出电压范围0.6~VDD,100%占空比操作,切换频率达1.2MHz,能驱动低压直流电机及激光二极管等大电流负载的应用,适用于携带式产品如按摩器、玩具及激光投线仪等。

方案特点

方案采用高效率的同步降压转换器HT74153,可在2.5V~6.0V的宽输入电压范围内工作,并集成了100mΩ低导通电阻和整流开关,以降低传导损耗,同时允许在应用中使用较小的电感和电容。


在PFM迟滞模式下,HT74153通过在系统待机期间减少静态电流来延长电池寿命。在关机模式下,HT74153将关闭操作且只需消耗0.1μA的输入电流。

HT74153还可提供100%的占空比操作。当输入电源电压下降至目标输出电压时,High-Side MOSFET将始终开启且输出电压接近于输入电压,延长电池寿命。

HT74153可根据输出电流实现三种工作模式:PWM模式、PFM模式和关机模式。轻载时该芯片工作在PFM模式,可减少输入电流损耗并提高效率。在较重的负载电流时,可驱动该芯片自动进入PWM模式,以保持高效率和较好的瞬态响应。在关机模式下,HT74153将关断所有设备并将输入电流损耗降低至0.1μA。

当输入电源电压降低至目标输出电压时,占空比增加到100% 以延长电池寿命。减小穿过内部High-Side MOSFET和电感的电压降,输出电压会接近于输入电压。在此情况下,由于VOUT下降到95%,使PG信号被拉低。

在上电启动过程中,通过控制内部的软启动电容充电,可实现0.7ms的软启动功能,从而使输出电压平稳和防止输入浪涌电流过大。当VIN≥2.1V(VUVLO+)后,EN脚由低到高变化时软启动功能才有效。在软启动过程中,可忽略OSP检测。启动时间取决于启动时的输出电容和负载电流。

方案具有过流保护(OCP)、输出短路保护(OSP)、过压保护(OVP)、过热关机(OTP)功能:
(1)欠压锁定保护(UVLO)。当输入电压超过VUVLO+ 时,转换器开始工作。相反,当输入电压低于VUVLO-时,转换器输出将关闭。
(2)过流保护(OCP)。HT74153提供3.2A(IOCP)峰值电流,用于监测内部High-Side开关(P型MOSFET)。当检测到OCP阈值时,内部High-Side开关关断,内部Low-Side开关(N型MOSFET)开启,直到下一个周期到来。IOCP可用于保护外部功率电感超过其饱和电流。当发生OCP保护功能时,输入峰值电流将受到限制且输出电压降低。
(3)输出短路保护(OSP)。当反馈电压下降至低于300mV时,该芯片将进入输出短路保护模式。在输出短路保护模式下,该芯片进入打嗝模式,此模式下将除能High/Low-Side MOSFET并使内部软启动电容放电。经过TOSP时间避免热积聚后,HT74153响应软启动程序,直到输出短路现象停止。
(4)过压保护(OVP)。当反馈电压VFB超过660mV(VFB_OVP)时,HT74153将进入过压保护。当进入过压保护功能时,High/Low-Side MOSFET将被除能。直到下一个周期的VFB低于VFB_OVP时,HT74153才退出过压保护且功率MOSFET开始工作。
(5)过热关机(OTP)。如果结温超过内部极限阈值TSHD,芯片将关闭所有功率MOSFET,直到温度下降至恢复温度THYS以下。

芯齐齐BOM分析

本方案基于HT74153同步降压转换器,允许在应用中使用较小的电感和电容,,内置肖特基二极管及1μH/2.2μH小型电感的优点可有效减少布局面积。


稳压IC HT74153来自Holtek,可在2.5V~6.0V的宽输入电压范围内工作。HT74153提供8-pin SOP-EP及5-pin SOT23两种封装。8-pin SOP-EP封装将系统电源及IC电源独立分开,用于系统电源噪声较大的产品,如带电机负载的按摩器及玩具等。对于有布局空间要求的携带式产品,可使用5-pin SOT23封装。

反馈电阻R1和内部补偿电容一起设置反馈环路带宽,方案增加47pF的电容将改善发生负载瞬态时的输出电压降。


PCB布线时,如果在应用环境中有外界干扰或PCB噪声过高,从而造成输出电压过高,可将FB引脚电阻设置为建议值表的1/10,并使用大接地面PCB板,以改善PCB噪声和提高长期可靠性。同时,C3、R1、R2应尽可能靠近芯片。其他PCB布线注意事项还有:
1. 输入/ 输出电容和电感应尽可能靠近IC电路。
2. 确保所有的反馈连接短而直。反馈电阻和补偿元件应尽可能靠近FB引脚,但不应靠近SW节点,以避免噪声干扰。
3. L1 应放置在尽可能靠近IC的地方,以减小来自切换节点的噪声。
4. 主电流通道采用短而宽的走线,以减少寄生电感和电阻。

作者: 硬之城Allchips, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3975615.html

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