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。