基于HIP6004和HIP6005的嵌入式DC - DC转换器设计解析

在当今的电子领域，高性能微处理器对电源提出了诸多挑战，如高功耗、低总线电压和快速负载变化等。为了满足这些需求，开关模式DC - DC转换器成为了微处理器电源的理想选择。本文将深入探讨Intersil的HIP6004和HIP6005 PWM控制器以及基于它们的评估板HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3的设计与性能。

文件下载：HIP6004EVAL3.pdf

HIP6004和HIP6005控制器概述

HIP6004和HIP6005是电压模式控制器，具备高性能处理器所需的多种功能。它们包含高性能误差放大器、高分辨率5位数字 - 模拟转换器（DAC）、可编程自由运行振荡器和保护电路。HIP6004有两个用于同步整流降压转换器的MOSFET驱动器，而HIP6005则省略了用于标准降压配置的下部MOSFET驱动器。

评估板介绍

1. HIP6004EVAL3

这是一个同步降压转换器评估板，能够在1.3V至3.5V的输出电压下提供高达14A的电流。与HIP6002EVAL1类似，但增加了输入和输出电容，以在高达14A的处理器负载电流下实现更稳健的性能。

• 效率：效率受输入电压、输出电压和负载电流的影响。在给定输入电压和负载条件下，输出电压越低，效率越低；对于给定的输出电压和负载，输入电压越高，效率越低，主要是由于MOSFET开关损耗增加。
• 瞬态响应：通过实验室示波器图可以看到，在0A至14A的负载瞬变下，输出电压能保持在±5%的调节窗口内。使用Intel测试工具时，需要将评估板上的JP0 - 4跳线接地，将转换器输出电压编程为2.05V，以验证DC - DC转换器在最坏情况下的瞬态负载设计。

2. HIP6005EVAL3

这是一个标准降压转换器评估板，同样能在1.3V至3.5V的输出电压下提供高达14A的电流。与HIP6004EVAL3有三点不同：U1是HIP6005；CR3取代Q2且CR2改变；L2是更大的电感器。

• 效率：与HIP6004EVAL3相比，同步降压设计在大多数负载范围内效率略高。
• 瞬态响应：与HIP6004EVAL3的瞬态响应有小差异，由于使用了更大的输出电感器和相同的控制环路补偿，闭环增益交叉频率低于HIP6004EVAL3。

关键功能特性

1. 下垂功能

HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3都使用下垂功能来维持输出电压调节。在无负载时，输出电压高于标称输出水平，随着负载增加，输出电压下降。该功能通过输出电感器上的平均电压降实现，能减少输出电容器的使用数量或成本。

2. 过流保护

采用无损过流（OC）保护，通过HIP600x系列的电流感测功能实现。通过选择合适的OCSET电阻值，可在不使用外部电流感测电阻的情况下实现过流保护，避免了成本和功率损失。

3. 使能功能

通过将SS引脚拉至1.2V以下可禁用评估板，可通过一个简单的二极管实现集电极开路使能功能。

低成本解决方案的修改

1. 过压保护

对于不需要过压保护功能的应用，可以消除F1、Q3和R4等组件。

2. 输入电容器

评估板使用五个330μF铝电解电容器来处理高性能微处理器应用中降压转换器的高RMS电流。在某些情况下，可以在与电容器供应商协商后，安全地移除1 - 2个输入电容器，但要权衡成本节省和电容器寿命缩短的问题。

3. 输出电容器

评估板在输出端使用低ESR铝电解电容器，以满足Intel规定的±5%调节要求。对于成本或体积敏感的应用，如果±5%的调节要求不是在所有最坏情况下都很关键，可以减少输出电容器的数量，但需要从系统角度进行评估。

瞬态测试注意事项

使用Intel提供的测试工具测试HIP6004/5EVAL3的瞬态响应时，需要注意安装JP0 - 4跳线，以确保转换器正常工作。如果转换器输入源超过5.5V，还需要移除JP5跳线，并为Vcc5提供外部5V电源。

综上所述，HIP6004EVAL3和HIP6005EVAL3是适用于奔腾Pro和其他高性能微处理器的DC - DC转换器参考设计。电子工程师在设计过程中，可以根据实际需求对评估板进行适当修改，以实现性能和成本的平衡。大家在实际应用中是否遇到过类似的电源设计挑战呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。