基于LM25085的Buck電路

欒曉騰++李敏

摘 要：LM25085是一個(gè)高效率的PFET開關(guān)穩(wěn)壓器控制器，可以用來(lái)快速和容易地開發(fā)出小型、高效率的降壓調(diào)節(jié)器。這種高電壓控制器包含一個(gè)PFET的柵極驅(qū)動(dòng)器和高電壓偏置穩(wěn)壓器，工作在4.5V寬至42V的輸入范圍，并且占空比可以達(dá)到100%。文章主要介紹了芯片的引腳功能，過(guò)流監(jiān)測(cè)，頻率計(jì)算等功能，并進(jìn)行參數(shù)選擇和成版調(diào)試。

關(guān)鍵詞：LM25085；寬輸入范圍；大占空比

引言

LM25085是一個(gè)汽車級(jí)的產(chǎn)品，應(yīng)用溫度可達(dá)（-40℃-125℃），其輸入電壓范圍很廣，并且不需要環(huán)路補(bǔ)償因此具有超快的瞬態(tài)響應(yīng)，其工作模式為恒定導(dǎo)通時(shí)間工作狀態(tài)[1]，工作頻率最大可達(dá)到1MHz，輸出電壓從1.25V開始可調(diào)，具有內(nèi)部的軟啟動(dòng)計(jì)時(shí)器；其檢測(cè)輸出電流的方法有兩種，一是通過(guò)檢測(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻或者是通過(guò)檢測(cè)串聯(lián)在電路中的很小電阻的導(dǎo)通壓降來(lái)進(jìn)行過(guò)流判斷[2]。

本文所設(shè)計(jì)的電路輸入電壓最低為28V，最高為28.5V，輸出電壓要求穩(wěn)定在27.6V對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，占空比最大可達(dá)到98.6%。由于本文設(shè)定條件降壓幅度很小，所以如果用N型MOS管，其正向?qū)▔航稻蜁?huì)有可能導(dǎo)致其無(wú)法降壓0.4V，而且大多數(shù)的N型MOS管控制芯片都有最大占空比限制，故而不能達(dá)到100%[3-4]。因此本文選擇P型MOS管控制芯片LM25085，選擇的MOS管型號(hào)為IRF4906。

1.1 管腳功能介紹

芯片詳細(xì)內(nèi)部框圖在參考文獻(xiàn)[1]中給出，在此主要介紹各引腳：

1腳，ADJ：電流限制調(diào)節(jié)管腳，電流限制閾值由從VIN到ADJ的一個(gè)外部電阻器中設(shè)置，這個(gè)電阻可以外接一個(gè)小電阻也可以通過(guò)MOS管的導(dǎo)通電阻。

2腳，RT：導(dǎo)通時(shí)間控制和關(guān)機(jī)，VIN到RT的外部電阻設(shè)置降壓開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間和開關(guān)頻率。 將此引腳接地會(huì)關(guān)閉控制器。

3腳，F(xiàn)B：電壓反饋穩(wěn)壓輸出，輸入到調(diào)節(jié)和過(guò)電壓比較器。調(diào)節(jié)電平為1.25V。

4腳，GND：電路接地，所有內(nèi)部電路的接地參考。

5腳，ISEN：用于電流限制檢測(cè)的電流檢測(cè)輸入，使用RDS（ON）檢測(cè)電流時(shí)，連接到PFET漏極。使用電流檢測(cè)電阻時(shí)，連接到PFET源極和檢測(cè)電阻。

6腳，PGATE：柵極驅(qū)動(dòng)器輸出，連接到外部PFET的柵極。

7腳，VCC：柵極驅(qū)動(dòng)器偏置穩(wěn)壓器的輸出，負(fù)電壓穩(wěn)壓器的輸出（相對(duì)于VIN）偏置PFET柵極驅(qū)動(dòng)器。

8腳，VIN：輸入電源電壓，工作輸入范圍為4.5V至42V。

1.2 參數(shù)選型計(jì)算

導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算： ，求得RT=1.43MΩ；

工作頻率計(jì)算：

求得工作頻率為120KHz；

限流閾值：LM25085限流通過(guò)檢測(cè)Q1的RDS（ON）或在主回路的檢測(cè)電阻上面的壓降，并將其與電阻器RADJ上的電壓進(jìn)行比較。當(dāng)使用檢測(cè)電阻時(shí)，電流限制功能在溫度上更準(zhǔn)確和穩(wěn)定，MOSFET的RDS（ON）具有寬的工藝變化和大的溫度系數(shù)，因此本文采用檢測(cè)電阻。計(jì)算公式為： 。選擇Rsen=10mΩ，Radj=2.4KΩ。

輸出濾波電感：紋波電流為電感電流斜坡的峰峰值，在設(shè)計(jì)中電感的選擇應(yīng)保證紋波電流小于規(guī)定值。一般規(guī)定要小于輸出電流的20%，即？駐I=20%IO。此時(shí)濾波電感滿足：

把電路參數(shù)代入上式得濾波電感L=4.5uH。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以上為Buck電路的測(cè)試波形，從圖中可看驅(qū)動(dòng)與輸出波形基本穩(wěn)定，輸出紋波很小效率在97%以上，滿足了設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于LM25085的控制芯片，進(jìn)行了大占空比條件下的Buck電路的設(shè)計(jì)，首先對(duì)芯片的外圍參數(shù)進(jìn)行了理論計(jì)算，根據(jù)計(jì)算進(jìn)行器件選型，然后繪制電路板并進(jìn)行上電老化測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)過(guò)程參數(shù)選擇基本合理，完成了設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]TI. SLUS593D. AN-2157 Constant Current Constant Voltage Buck Converter With LM25085[S].TI application note，USA：Texas Instruments Incorporated，2013.

[2]TI.LM25085 42V Constant On-Time PFET Buck Switching Controller[S].TI application note，USA：Texas Instruments Incorporated，2008.

[3]Sanjaya Maniktala.精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].王志強(qiáng)，等譯.第二版.北京：人民郵電出版社，2015：114-115.

[4]Pressman A I，Billings K，Morey T.開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].王志強(qiáng)，肖文勛，虞龍，等譯.第三版.北京：電子工業(yè)出版社，2010：17-18.