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应用笔记3560
高效DC-DC转换器,占用面积等同于LDO
摘要:开关调节器能够取代LDO稳压器从3.3V输入产生1.5V/3A输出。而现有的LDO设计中电路板空间非常有限,这个尺寸对于开关调节器来说可能无法接受。内置MOSFET的MAX8505开关调节器采用16引脚QSOP封装,能够满足于LDO等同的占位面积要求。
在注重成本的应用中,普遍选用LDO稳压器从3.3V输入产生1.5V/3A输出。由于LDO需要耗散很大功率(5.4W),必须选择T0220或D2PAC封装。为降低功耗,在低端服务器设计中开始用开关调节器取代LDO稳压器。然而,现有的LDO设计电路板空间非常有限,多数情况下,这个空间对于一个完整的开关稳压器来说过于拥挤。例如,两个1206 陶瓷电容和D2PAC封装的 LDO稳压器占用面积约为18mm x 14mm。要将一个开关调节器装配到这么小的面积内非常困难,特别是在需要外部MOSFET的情况下。
MAX8505是一款高效率、PWM降压型开关调节器,内置高边MOSFET和低边MOSFET,采用QSOP封装(5mm x 6.5mm)。1MHz的开关频率允许输入滤波器和输出滤波器使用小尺寸电感和陶瓷电容,占位面积极小。图1 所示是完整的MAX8505应用电路。MAX8505可接受5V或3.3V输入,并提供1.5V/3A输出。主要的电路元件能够安装在16mm x 14mm面积内,甚至可以获得比LDO稳压器占位面积更小的方案。MAX8505的功耗只有0.67W,几乎消除了LDO的全部功耗。表1 提供了0.9V、1.5V、2.0V及2.5V输出时对应的反馈电阻值。
图1. MAX8505 内置开关的降压调节器
表1. 特殊电压下的反馈电阻
Vout
R3
R2
0.9V
10k
1.24k
1.5V
10k
8.66k
2.0V
10k
15k
2.5V
10.5k
22.1k
图2 所示为MAX8505 PCB布局图的顶层,右侧是D2PAC封装器件,以供参考。PCB顶层包含大量元件:MAX8505、L1、C1、C2和C4。7个额外的小型(0603封装)元件放置在板子的底层,这些元件放置不是很重要。
图2. MAX8505开关稳压器的图片,右侧为D2PAC封装器件,用于比较。
表2 列出了LM317、MAX8505和外置MOSFET的典型控制器在功耗、占位面积和外部元件数量方面的比较。MAX8505需要最小的电路板面积,并提供最高的效率。阶跃负载瞬态响应如图3 所示。输出纹波电压小于10mV,请参见图4 。表3 给出了MAX8505的材料清单。
表2. LM317、MAX8505和外置MOSFET典型控制器IC的比较情况
Parameters
LDO (LM317)
MAX8505
Typical Controller IC
Efficiency (%)
45.5
87
76
Power Dissipation (W)
5.4
0.67
1.42W
Total Components
5
12
11*
Area (mm x mm)
18 X14,
Single Side
16 X14,
Double Side
?
Conditions: 3.3V to 1.5V@3A, design for adjustable output
* 11 components are needed to achieve less than 10mV output ripple voltage.
图3. 阶跃负载瞬态响应:由0.5A跃变至2A, 然后返回到0.5A
图4. LX开关波形和输出纹波电压
表3. MAX8505材料清单
Designation
QTY
Description
Part Number
C1
1
Input capacitor, 1206
10uF/6.3V
C2
1
Output capacitor, 1210
47uF/6.3V
C3
1
Decoupling capacitor, 0603
0.1uF/6.3V
C4
1
Snubber capacitor, 0603
3300pF/50V
C5
1
Compensation capacitor, 0603
220pF/50V
C6
1
Decoupling capacitor, 0603
0.22uF/6.3V
R1
1
Compensation resistor, 0603
51.1k, 1%
R2
1
Voltage set resistor, 0603
See Table 1
R3
1
Voltage set resistor, 0603
See Table 1
L1
1
2.2uF/7A SMD inductor,
6.3mm X 6.2mm X 2.5mm
Toko
D1
1
Small signal diode
1N4148 or CMDSH-3
IC1
1
3A internal switch regulator
MAX8505
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