利用MAX5060设计带无损电流检测的大电流电源
利用max5060设计带无损电流检测的大电流电源
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。
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。
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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
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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
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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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图4. 转换器波形，vin = 12v、iout = 30a。
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图8. max5060降压参考电路板，四层板。
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