基于HIP6004E的降壓型DC/DC變換器的設計

1 引言

HIP6004E是降壓型同步整流PWM控制器和輸出電壓監控器，它在一個很小的封裝（SOIC-20或TSSOP-20）內集成了PWM控制，輸出電壓調節，電壓監視和過壓、過流保護等功能，可在DC 1.050～1.825V范圍內，以25mV的增量精確調節輸出電壓。另外，它還具有軟啟動，工作頻率寬范圍可調，遙控開關機，快速的動態響應，輸出功率大，電壓穩定度好等特點。這些優點使HIP6004E可以廣泛應用于高性能微處理器供電（如Pentium Ⅲ和其它微處理器）和高功率DC/DC變換器及低電壓分布式供電系統中。

2 HIP6004E引腳功能和工作原理

2.1 引腳功能

HIP6004E引腳排列如圖1所示。

圖1 引腳排列

各引腳功能如下：

腳1（VSEN） 電壓檢測腳，連接到變換器的輸出電壓端，PGOOD和OVP信號，利用該信號來檢測輸出電壓的狀態和進行過壓保護；

腳2（OCSET） 過流設定腳，用來設定過流保護值；

腳3（SS） soft start，從該腳連接一個電容到地，設定變換器的軟啟動間隔時間，也可用來作為變換器的使能端，開啟/關閉變換器；

腳4－腳8（VID25mV，VID0－VID3） 5位DAC的輸入腳，通過這5個腳可對內部電壓參考（DACOUT）進行編程，而DACOUT的輸出用來設定變換器的輸出電壓，同時也用來設定PGOOD和OVP的門檻電壓；

腳9（COMP） 內部誤差放大器的輸出，用來補償變換器的電壓反饋信號；

腳10（FB） 內部誤差放大器的反相輸入，用來補償變換器的電壓反饋信號；

腳11（GND） 信號地；

腳12（PGOOD） 電源好信號，OC門輸出，用來指示變換器輸出電壓的狀態；當輸出電壓超出DACOUT參考電壓的±10％范圍時，該信號變低，說明電壓不正常；

腳13（PHASE） 將其連到上端MOSFET的源極，用來監視MOSFET的電壓降，從而實現過流保護，同時，它也是上端MOSFET門極驅動的返回路徑；

腳14（UGATE） 將其連到上端MOSFET的門極，提供門極驅動信號；

腳15（BOOT） 提供上端MOSFET的偏置電壓；

腳16（PGND） 功率地，將下端MOSFET的源極接該腳；

腳17（LGATE） 將其連到下端MOSFET的門極，提供門極驅動信號；

腳18（VCC） 芯片工作電壓輸入；

腳19（OVP） 過壓輸出信號；

腳20（RT） 用來設置振蕩器的開關頻率。

2.2 工作原理

HIP6004E內部框圖如圖2所示。它由數模轉換器，電壓參考，誤差放大器，振蕩器，PWM比較器，軟啟動電路，過壓、過流保護電路，門極控制邏輯電路，上電復位電路等部分組成。

圖2 HIP6004E內部框圖

上電后，HIP6004E自動進行初始化，無需特殊的加電順序。POWER-ON（POR）實時監測芯片工作電壓（V_cc）和變換器的輸入電壓（V_in），當兩種電壓都超過設定門檻值時，開始進行軟啟動過程。芯片內部的10μA電流源對接在腳3（SS）的軟啟動電容進行充電，腳3電壓緩慢上升，并將誤差放大器的輸出電壓（COMP）和參考電壓（同相端輸入）都鉗位為腳3電壓。當腳3電壓上升到一定幅度時，與振蕩器產生的三角波進行比較，產生PHASE脈沖對輸出電容進行充電。當輸出電壓達到一定幅值后，參考電壓開始控制輸出電壓。當腳3電壓超過DACOUT電壓后，輸出電壓進入調節過程。這種軟啟動方法使輸出電壓快速地，可控地上升。軟啟動過程結束后，進入正常運行狀態，產生PWM波使上下端兩個MOSFET交替導通，并通過電壓反饋電路來維持輸出電壓的穩定。

3 DC/DC變換器的設計

基于HIP6004E的典型DC/DC變換器電路如圖3所示，以下詳細介紹設計過程。

圖3 典型DC/DC變換器電路