基于MAX5060的带无损电流检测的大电流电源设计

摘要：本参考设计提供了一个利用MAX5060电流模式、降压型电源控制器实现大电流应用中的无损电流检测设计方案。设计采用电感的等效串联电阻(DCR)进行电流检测，可以省去检流电阻的功耗。

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(FSW = 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 D1 Schottky Diode CMHSH5-2L SOD123 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 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，VIN = 12V。

图3. 负载电流与转换器输出电压的关系曲线，VIN = 12V。
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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，VIN = 12V、IOUT = 30A。
VIN = 12V、IOUT = 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，VIN = 12V、IOUT = 30A。
VIN = 12V、IOUT = 2 × 15A
Ch2：输出电压纹波
Ch3：输入电压纹波



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



图7. 负载瞬态响应
VIN = 12V、IOUT = 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。

图8. MAX5060降压参考电路板，四层板。