基于HIP6004和HIP6005的嵌入式DC - DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)解析

在當(dāng)今的電子領(lǐng)域，高性能微處理器對(duì)電源提出了諸多挑戰(zhàn)，如高功耗、低總線電壓和快速負(fù)載變化等。為了滿足這些需求，開(kāi)關(guān)模式DC - DC轉(zhuǎn)換器成為了微處理器電源的理想選擇。本文將深入探討Intersil的HIP6004和HIP6005 PWM控制器以及基于它們的評(píng)估板HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3的設(shè)計(jì)與性能。

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HIP6004和HIP6005控制器概述

HIP6004和HIP6005是電壓模式控制器，具備高性能處理器所需的多種功能。它們包含高性能誤差放大器、高分辨率5位數(shù)字 - 模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）、可編程自由運(yùn)行振蕩器和保護(hù)電路。HIP6004有兩個(gè)用于同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的MOSFET驅(qū)動(dòng)器，而HIP6005則省略了用于標(biāo)準(zhǔn)降壓配置的下部MOSFET驅(qū)動(dòng)器。

評(píng)估板介紹

1. HIP6004EVAL3

這是一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估板，能夠在1.3V至3.5V的輸出電壓下提供高達(dá)14A的電流。與HIP6002EVAL1類似，但增加了輸入和輸出電容，以在高達(dá)14A的處理器負(fù)載電流下實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健的性能。

• 效率：效率受輸入電壓、輸出電壓和負(fù)載電流的影響。在給定輸入電壓和負(fù)載條件下，輸出電壓越低，效率越低；對(duì)于給定的輸出電壓和負(fù)載，輸入電壓越高，效率越低，主要是由于MOSFET開(kāi)關(guān)損耗增加。
• 瞬態(tài)響應(yīng)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室示波器圖可以看到，在0A至14A的負(fù)載瞬變下，輸出電壓能保持在±5%的調(diào)節(jié)窗口內(nèi)。使用Intel測(cè)試工具時(shí)，需要將評(píng)估板上的JP0 - 4跳線接地，將轉(zhuǎn)換器輸出電壓編程為2.05V，以驗(yàn)證DC - DC轉(zhuǎn)換器在最壞情況下的瞬態(tài)負(fù)載設(shè)計(jì)。

2. HIP6005EVAL3

這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)降壓轉(zhuǎn)換器評(píng)估板，同樣能在1.3V至3.5V的輸出電壓下提供高達(dá)14A的電流。與HIP6004EVAL3有三點(diǎn)不同：U1是HIP6005；CR3取代Q2且CR2改變；L2是更大的電感器。

• 效率：與HIP6004EVAL3相比，同步降壓設(shè)計(jì)在大多數(shù)負(fù)載范圍內(nèi)效率略高。
• 瞬態(tài)響應(yīng)：與HIP6004EVAL3的瞬態(tài)響應(yīng)有小差異，由于使用了更大的輸出電感器和相同的控制環(huán)路補(bǔ)償，閉環(huán)增益交叉頻率低于HIP6004EVAL3。

關(guān)鍵功能特性

1. 下垂功能

HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3都使用下垂功能來(lái)維持輸出電壓調(diào)節(jié)。在無(wú)負(fù)載時(shí)，輸出電壓高于標(biāo)稱輸出水平，隨著負(fù)載增加，輸出電壓下降。該功能通過(guò)輸出電感器上的平均電壓降實(shí)現(xiàn)，能減少輸出電容器的使用數(shù)量或成本。

2. 過(guò)流保護(hù)

采用無(wú)損過(guò)流（OC）保護(hù)，通過(guò)HIP600x系列的電流感測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)選擇合適的OCSET電阻值，可在不使用外部電流感測(cè)電阻的情況下實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，避免了成本和功率損失。

3. 使能功能

通過(guò)將SS引腳拉至1.2V以下可禁用評(píng)估板，可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管實(shí)現(xiàn)集電極開(kāi)路使能功能。

低成本解決方案的修改

1. 過(guò)壓保護(hù)

對(duì)于不需要過(guò)壓保護(hù)功能的應(yīng)用，可以消除F1、Q3和R4等組件。

2. 輸入電容器

評(píng)估板使用五個(gè)330μF鋁電解電容器來(lái)處理高性能微處理器應(yīng)用中降壓轉(zhuǎn)換器的高RMS電流。在某些情況下，可以在與電容器供應(yīng)商協(xié)商后，安全地移除1 - 2個(gè)輸入電容器，但要權(quán)衡成本節(jié)省和電容器壽命縮短的問(wèn)題。

3. 輸出電容器

評(píng)估板在輸出端使用低ESR鋁電解電容器，以滿足Intel規(guī)定的±5%調(diào)節(jié)要求。對(duì)于成本或體積敏感的應(yīng)用，如果±5%的調(diào)節(jié)要求不是在所有最壞情況下都很關(guān)鍵，可以減少輸出電容器的數(shù)量，但需要從系統(tǒng)角度進(jìn)行評(píng)估。

瞬態(tài)測(cè)試注意事項(xiàng)

使用Intel提供的測(cè)試工具測(cè)試HIP6004/5EVAL3的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，需要注意安裝JP0 - 4跳線，以確保轉(zhuǎn)換器正常工作。如果轉(zhuǎn)換器輸入源超過(guò)5.5V，還需要移除JP5跳線，并為Vcc5提供外部5V電源。

綜上所述，HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3是適用于奔騰Pro和其他高性能微處理器的DC - DC轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)評(píng)估板進(jìn)行適當(dāng)修改，以實(shí)現(xiàn)性能和成本的平衡。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。