O 引言
隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品，特別是便攜式電子產(chǎn)品在噪聲、干擾及功耗方面的要求不斷提高，許多新型微處理器、CPU、MCU和DSP等系統(tǒng)核心器件的供電電壓要求越來越低，但為了能夠處理更多的接口和外設(shè)數(shù)據(jù)。其電流要求則相對增大。到2007年，PC機(jī)將要求DC/DC轉(zhuǎn)換器能在O.95V時提供高達(dá)200A的電流。為此，飛兆半導(dǎo)體公司開發(fā)出以多個模塊組成的分布式電壓凋節(jié)模塊(VRM)，其中每個模塊都能提供高達(dá)每相40A的電流，且效率超過80％。本文介紹的FAN5240就是飛兆半導(dǎo)體公司為CPU主電源設(shè)計推出的相同步補(bǔ)償式單輸出PWM控制器集成電路。該芯片可通過其自身攜帶的5位數(shù)模轉(zhuǎn)換器來對電路的輸出電壓進(jìn)行編程設(shè)置。其主PWM輸出電壓的設(shè)置范圍為O.925～2.0v，且可在電路的運行過程中進(jìn)行設(shè)置。同時，F(xiàn)AN5240的效率很高，可在較寬的負(fù)載條件下獲得90％以上的轉(zhuǎn)換效率，即使在輕載時，也可以達(dá)到80％以上的轉(zhuǎn)換效率。因此，F(xiàn)AN5240適合用來設(shè)計為CPU及微處理器供電的低電壓、大電流、可編程輸出電源。
1 FAN5240的主要特點和功能參數(shù)
1.1 主要特點
FAN5240芯片內(nèi)部具有精密電壓參考和一個特殊的綜合補(bǔ)償電路，因而可提供極好的靜態(tài)噪聲和主電壓動態(tài)調(diào)節(jié)特性。此外，芯片內(nèi)部調(diào)節(jié)器采用特殊電路設(shè)計，因而能夠平衡兩相電路以使其效率達(dá)到最佳。
FAN5240在啟動過程中可對電路的輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控。該芯片帶有PGOOD引腳，當(dāng)電路軟啟動完成且輸出電壓正常后，PGOOD腳將發(fā)出一個電源準(zhǔn)備好信號表明整個電路正常工作，其軟啟動延遲時間可由PG00D引腳外一個外接電容器來決定。
FAN5240內(nèi)部的過壓保護(hù)(OVP)電路可有效防止電路中低端MOSFET的輸出電壓超過設(shè)定值，而PWM控制器中的過流保護(hù)電路則可通過交替檢測低端MOSFET上的電壓降來對轉(zhuǎn)換器的負(fù)載情況實施監(jiān)控。過流門限可通過外部電阻來設(shè)置。如果需要更加精密的過流監(jiān)測，可以通過選擇高精度的外部電流檢測電阻來實現(xiàn)。
FAN5240的主要特點如下。
具有0.925～2.000V的CPU主電源電壓輸出范圍；
帶有±l％的精密過熱參考；
可通過5位DAC來動態(tài)設(shè)置輸出電壓；
輸入電壓范圍寬達(dá)6～24V；
電路中的兩個通道可交替開關(guān)以使效率達(dá)到最佳；
能有效減小輸出電容的尺寸；
采用遠(yuǎn)程差分電壓檢測技術(shù)；
采用電壓前饋和平均電流模式控制技術(shù)，可獲得極佳的動態(tài)響應(yīng)；
具有動態(tài)占空比箝位功能，可有效減小電感電流的增入；
可用電流檢測電阻對低端MOSFFT上的電流進(jìn)行精密檢測；
具有過壓保護(hù)、過流保護(hù)和過熱關(guān)斷等失效保護(hù)功能；
帶有器件使能、電源準(zhǔn)備好、電源準(zhǔn)備好延遲和強(qiáng)制PWM控制等功能；
1.2 引腳功能
FAN5240控制器共有28個引腳，如圖l所示。具有QSOP28和TSSP28兩種封裝形式，F(xiàn)AN5240的引腳功能如下。
腳l，27(LDRYV2，LDRYl)分別為兩個通道的低邊MOSFET驅(qū)動輸入，應(yīng)分別連接到外部兩通道低邊N溝道MOSFET的門極以進(jìn)行同步操作。同時，該端與 MOSFET門極之間的連線應(yīng)越短越好。
腳2，26(PGND2，PGNDl) 功率地，分別接兩個低端MOSFET的源極。
腳3，25(BOOT2，BOOTl) 分別為兩個通道高邊MOSFET的片內(nèi)自舉。
腳4，24(HDRV2，HDRVl) 分別為兩個通道的高邊MOSFET驅(qū)動輸入，應(yīng)分別連接到外部兩通道的高邊N溝道MOSFET的門極。同時，該端與MOSFET門極之間的連線也應(yīng)越短越好。
腳5，23(SW2，SWl) 分別為兩個通道的開關(guān)電壓輸出端口。應(yīng)分別接到兩個通道的高邊MOSFET管的源極和低邊MOSFET管漏極。
腳6，22(ISNS2，ISNSl) 電流檢測輸入，用于檢測電路上低端MOSFET上或電流檢測電阻上的反饋電流。
腳7～1l (VID4～VID0) 電壓識別碼輸入引腳，可通過TTL電平或集電極開路輸入信號來對輸出電壓進(jìn)行編程。
腳12(FPWM) 強(qiáng)制PWM模式，該腳為高電平時，芯片將強(qiáng)制進(jìn)入同步操作模式；該腳為低電平時，器件將進(jìn)入延遲模式。
腳13(ILIM) 限流門限設(shè)置端，設(shè)計時可通過該端和地端的一個電阻來設(shè)置過流門限。
腳14(EN) 芯片使能端，該腳開路或上拉到VCC可使能芯片；另外，在電路鎖定失效時，可通過觸發(fā)EN端來使器件復(fù)位。
腳15(AGND) 模擬地，該端是整個器件的信號參考地端，電路中的所有電壓均以此腳零電平為參考。
腳16(DELAY) 電源準(zhǔn)備好或過流保護(hù)延遲設(shè)定端，在該腳和地之間接一個電容可用來設(shè)定電源準(zhǔn)備好或過電流關(guān)斷延遲時間。
腳17，18(VCORED．VCORE+) 主電壓輸出檢測端，可通過差分檢測這兩個端口的輸出電壓來實現(xiàn)電源好、災(zāi)壓和過壓保護(hù)的監(jiān)控與調(diào)節(jié)。設(shè)計時可在VCORE+端外串接一個電阻來設(shè)定輸出電壓的檢測壓降。
腳19(PGOOD) 電源好標(biāo)志輸出，當(dāng)輸出主電壓在825mV以下時，該腳輸出低電平；當(dāng)輸出主電壓上升到875mV以上后，PGOOD端由低電平到高電平的延遲時間完全由DELAY與地間的電容決定。
腳20(SS) 軟啟動引腳，通過該腳和地之間的一個外接電容可對軟啟動速率進(jìn)行編程設(shè)置。
腳21(VIN) 電池電壓輸入，用于片內(nèi)振蕩器輸入電壓瞬變時的快速補(bǔ)償。
腳28(VCC) 器件電源端，當(dāng)該腳電壓上升到4.6V以上時，器件啟動操作；當(dāng)該腳電壓降到4.3V以下時，器件關(guān)斷。
FAN5240可以工作在兩種工作模式，其中第一種模式為固定頻率PWM模式，第二種模式是依賴于負(fù)載的可變頻率延遲模式。當(dāng)負(fù)載電流低于電路中濾波電感的峰值電流時，電路將工作在可變頻率延遲模式；而當(dāng)濾波電感的電流恢復(fù)以后，電路又重新恢復(fù)到PWM工作模式。通過PWM模式到延遲模式的轉(zhuǎn)換可以在輕載時改善電路的轉(zhuǎn)換頻率并延長電池的使用時間。