概述

目前，大多数数据处理单元需要从电源消耗更大的电流，以满足更高的处理速度。这些应用中，无损电流检测以及地电位偏差对于精确控制输出电压、输出电流非常关键。

MAX5060 PWM降压电源控制器利用平均电流模式控制技术跟踪负载电流，器件采用差分检测技术精确控制输出电压。本参考设计中利用电感的等效串联电阻(DCR)检测电流，省去了检流电阻的功耗。

本参考设计提供了一个大电流(30A)电源设计方案，具有较高的系统效率和良好的负载调节，以下给出了完整的电路原理图、材料清单(BOM)、效率测量及测试结果。

规格与设计步骤

• 参考设计能够达到以下技术指标。
• 输入电压：12V ±10%
• 输出电压：1.5V
• 输出电流：30A
• 输出纹波：±15mV
• 输入纹波：±250mV
• 效率：> 88%，负载为满负荷的一半(15A)
• 开关频率：275kHz
• 电路板外形尺寸：5cm × 3.3cm

参考设计原理图如图1所示，元件清单如表1所示，设计中MAX5060采用降压配置。

详细图片(PDF, 100kB)
图1. MAX5060降压转换器原理图(F_SW = 275kHz)

表1. 元件清单

Designator	Description	Comment	Footprint	Manufacturer	Quantity	Value
C1, C20	Capacitor	GRM1555C1H101JZ01D	402	Murata	2	100pF
C2	Capacitor	GRM155R71E223KA61D	402	Murata	1	22nF
C3	Capacitor	GRM155R71H682KA88D	402	Murata	1	6.8nF
C4	Capacitor	GRM1555C1H470JZ01D	402	Murata	1	47pF
C5	Capacitor	GRM155R61A224KE19D	402	Murata	1	0.22µF
C6, C12	Capacitor	GRM155R61A474KE15D	402	Murata	2	0.47µF
C7, C8, C9, C18	Capacitor	GRM188R71A105KA61D	402	Murata	4	1µF
C10, C11	Capacitor	GRM32ER71C226KE18L	1210	Murata	2	22µF/16V
C13, C14	Capacitor	GRM32ER60J107ME20L	1210	Murata	1	100µF/6.3V
C15	Capacitor	GRM31CR60J476KE19L	1206	Murata	1	47µF
C16	Capacitor	GRM155R71H103KA88D	402	Murata	1	10nF
C17	SP Capacitor	EEFSX0D471E4	7.3mm x 4.3mm SP CAP	Panasonic	1	470µF/2V
C19	Capacitor	GRM155R71H102KA01D	402	Murata	1	1nF
D1	Schottky Diode	CMHSH5-2L	SOD-123	Central Semiconductor	1	20V, 500mA Schottky
D2	Schottky Diode	UPS835LE3	POWERMITE3	Microsemi	1	35V, 8A Schottky Rectifier
L	Inductor	T5060 (0.6µH)	T5060_Falco_Inductor	Falco	1	0.6µH
Q1	N-Channel MOSFET	Si7136DP	PowerPAK SO8	Vishay	1	20V, 30A nMOSFET
Q2, Q3	N-Channel MOSFET	Si7866DP	PowerPAK SO8	Vishay	2	20V, 40A nMOSFET
Q4	NPN Transistor	CMUT2222A	SOT-523	Central Semiconductor	1	75V, 600mA NPN
R1	Resistor	Res1	402	Multisource	1	1.7kΩ
R3, R16	Resistor	Res1	402	Multisource	2	12.7kΩ
R4, R21	Resistor	Res1	402	Multisource	2	4.99kΩ
R5, R20	Resistor	Res1	402	Multisource	2	100kΩ
R6	Resistor	Res1	402	Multisource	1	226kΩ
R7	Resistor	Res1	402	Multisource	1	Open
R8, R19	Resistor	Res1	402	Multisource	2	10kΩ
R9	Resistor	Res1	402	Multisource	1	0
R10	Resistor	Res1	402	Multisource	1	5.6kΩ
R11	Resistor	Res1	402	Multisource	1	1Ω
R12	Resistor	Res1	402	Multisource	1	2.2Ω
R13, R22	Resistor	Res1	402	Multisource	2	715Ω
R14	Resistor	Res1	402	Multisource	1	1.82Ω
R15, R18	Resistor	Res1	402	Multisource	2	22Ω
R17	Resistor	Res1	402	Multisource	1	8.45kΩ
U1	PWM Controller	MAX5060	28-TQFN-EP	Maxim	1	—

 

效率曲线

图2给出了参考设计的效率与负载电流的关系曲线，图3给出了负载调节参数曲线。

图2. 负载电流与转换器效率的关系曲线，V_IN = 12V。

图3. 负载电流与转换器输出电压的关系曲线，V_IN = 12V。

实验结果

图4至图7给出了不同输入条件下，转换器输出电压与负载电流的对应关系曲线。

图4. 转换器波形，V_IN = 12V、I_OUT = 30A。
V_IN = 12V、I_OUT = 2 × 15A
Ch1：输出电流(2倍)
Ch2：输出电压
Ch3：输入电压
Ch4：高边MOSFET栅极驱动

图5. 输入和输出纹波，V_IN = 12V、I_OUT = 30A。
V_IN = 12V、I_OUT = 2 × 15A
Ch2：输出电压纹波
Ch3：输入电压纹波

图6. 电源瞬态响应
V_IN = 0至12V，I_OUT = 2 × 15A
Ch2：输出电压
Ch3：输入电压

图7. 负载瞬态响应
V_IN = 12V、I_OUT = 1A至7A
Ch1：输出电流瞬变(1A至7A)
Ch2：输出电压纹波

针对该应用开发的电路板如图8所示。

详细图片(PDF, 16kB)
图8. MAX5060降压参考电路板，四层板。