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厦门莫格电气自动化有限公司
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Hirschmann MS20

发布时间:2019-08-27 03:29:56        

Hirschmann  MS20

         一、等效的概念

    等效在其端钮处具有相同端电压、端电流及其伏安关系(VAR)的两个网络,称为等效(equivalence)。
    相互等效的网络在由它们组成的电路中可以相互替换。
 
    注意:等效是仅对外电路而言,而对内部电路显然是不等效的。图中,N1和N1'是等效的,是指N1、N1'对端钮以外部分是等效的,即对N2而言是等效的,而对N1和N1'内部而言是***不会等效的。
    二、等效化简
    等效化简的步骤
    1、在电路中某两个关心的节点处作分解,把电路分解成两个或多个部分;
    2、分别对各部分进行等效化简,求出其***简的等效电路;
    3、用***简的等效电路替代原电路,求出端钮处的电压或电流;
    4、若还需求电路中其他支路上的电压或电流,再回到原电路,根据已求得的端电压或端电流进行计算。
 
     1 引言
    MAX1524是美国MAXIM公司生产的一种小型、升压型DC-DC转换器,可应用于升压型、SEPIC、反激型等多种拓扑结构。具有固定的导通时间和***小的关断时间,可以在较宽的输入/输出电压组合和负载电流下提供***率。固定的导通时间是可以选择的,分别是***大占空比为50%的0.5μs和85%的3μs,使其在较宽的输出范围内,对外接元件的尺寸和成本的优化更为方便。MAX1524采用自举工作方式,允许在较低的输入电压下启动,器件具有内部软启动和短路保护功能,并且具有故障锁定功能,当发生短路时自动关断控制器。该器件采用6引脚的SOT23封装,具有低静态电流(25μs),不需电流检测电阻。广泛地应用于数字相机、液晶显示器和其它低功耗的电子产品中。
    2 工作原理
    2.1 封装形式
    MAX1524的封装形式如图1所示。
 
    2.2 引脚功能
    ——脚1GND,接地端;
    ——脚2FB,反馈输入,连接一个外部电阻分压器,FB的反馈值为1.25V;
    ——脚3SET,导通时间控制,当连接到VCC时,为3μs,占空比为85%;当连接到GND时,为
    0.5μs,占空比为50%;
    ——脚4SHDN,关断控制输入,高电平为正常工作,低电平为关断状态;
    ——脚5EXT,外部MOSFET驱动端;
    ——脚6VCC,电源输入端,用0.1μF的电容器旁路,输入范围为2.5V~5.5V,采用自举工作方式,通过一个10Ω的电阻器串联在输出端。
    2.3 工作原理
    MAX1524一般采用自举工作方式,其低压启动振荡器保证输入电压在低于1.5V时启动器件。启动振荡器用一个25%的占空比信号触发MOSFET,使输出电压升高,当输出电压超过欠压***阈值时,使正常的控制电路开始工作,而启动振荡器停止工作。
    对于不同的输出电压/输入电压组合,MAX1524具有可选的固定导通时间,从而实现***工作。高升压比时推荐使用3μs的导通时间,这样允许占空比超过80%,可以改善工作效率。在低升压比和高频工作时,使用0.5μs的导通时间比较好,这样可以减少外接电感器和电容器的尺寸。
    MAX1524的软启动功能可以减小启动时的电感电流、输入电容和电感应力。软启动时间为3.2ms,不需外部元件。当软启动结束,若输出电压降到正常稳压值的一半以下时,器件工作在故障锁定状态,使SHDN处于低电平,器件处于关断状态,内部控制电路关闭,EXT输出低电平,电流降到1μA,输出电压比输入电压低一个二极管正向导通压降。当VCC降到2.37V以下时,器件被欠压锁定。
    3 典型应用
    MAX1524可以在连续或非连续模式下工作。当电感电流不允许衰减到零值时,器件在连续模式下工作,这需要选用大电感,使电感纹波电流低于输入电流的一半。该模式的优点是峰值电流较小,电阻损耗小和输出纹波低。当电感足够大,使***大负载下的纹波电流为输入电流的30%时,可以使暂态工作特性***好、效率***高。但是在轻载下,例如负载小于***大负载的1/6时,会转变到非连续工作状态。
    在非连续模式下工作有两种情况:(1)高输出电压,即输出电压/输入电压超过了MAX1524***大占空比时可以得到的数值。当外加占空比超过***大占空比的80%时,需采用非连续工作模式。(2)小输出电流,当***大输出电流非常小时,若使用大电感,在体积和费用上均不划算,此时可以使用小电感使其在非连续模式下工作。当负载电流与输出电压/输入电压比值的乘积低于几百毫安时,需采用非连续模式工作。
    1)输出电压的设置:在输出和地之间通过电阻分压器连接到FB端,R2在30kΩ~100kΩ之间选择,R1由式(1)计算后选择。
 
    3.1 连续模式下的设计
    1)导通时间的选择
    对于连续工作状态,MAX1524的占空比必须高于外加***大占空比。当外加占空比高于45%时,连接SET与GND,0.5μs的导通时间使开、关的速度非常快;当应用80%的占空比时,应连接SET与VCC,得到3μs的导通时间,此时必须采用非连续工作模式。
    2)开关频率的确定
    在连续模式中,对于重载或中载,开关频率与负载IL无关,与VIN有关。
 
    若计算出LI不是标准值,应选择***接近此计算值的标准值,误差可在&plu***n;50%之间。若选择的电感值低于计算的理想值,峰值电感电流会偏高一点,反之,峰值电感电流会偏低一点。鉴于工作频率较高,推荐使用铁氧体铁芯,不要使用一般铁芯。电感的饱和电流应高于计算的峰值电流,并且其串联等效电阻(ESR)应尽量低。串联等效电阻的能耗为:
 
    电容值一般选择COUT(MIN)的2倍~3倍。建议不要使用陶瓷电容器,而使用钽电解电容器等。
    3.2 非连续模式的设计
    连接SET与GND,使***大占空比低于67%;连接SET与VCC,***大占空比在67%~99%之间,非连续模式可以在任何占空比下工作。当外加占空比接近SET设置的***大占空比时,工作性能***佳。
    1)开关频率的计算
    开关频率与负载电流成正比关系:
 
    4)输出电容器的选择
    在非连续模式下工作,输出电容器可以选用低ESR的陶瓷电容器或钽电解电容器等。对
    6)反馈电容器的选择
    对于两种工作模式,若使用前馈电容器,会在FB端得到较大的输出纹波。因此需要在FB与GND之间连接一个反馈电容器。反馈电容值CFB一般与CFF相等,并可以上下调整。若不使用前馈电容器,则不需要反馈电容器。
    7)输入电容器的选择
    输入电容器CIN可以减小输入电源的电流峰值,提***率,减小噪声。输入电源的阻抗值决定了CIN的大小,阻抗值越高,电容越大,一般选择CIN=COUT。
    考虑到电容器的体积,推荐使用0?1μF的陶瓷电容器。在自举工作时,用一个10Ω的电阻器连接在输出端和VCC之间,将输入电容器和输出电容器隔离。
    8)功率M
    OSFET的选择
    需要选择N沟道MOSFET,主要考虑总的栅极电荷Qg、反向传递电容或电荷CRSS、通态电阻***(ON)、***大的VDS(MAX)、***小的阈值电压VTH(MIN)。当高频工作时,Qg和CRSS对效率的影响更大一些,为主要考虑对象。
    9)二极管的选择
    高频工作时要求选择快速二极管,推荐使用肖特基二极管,因为其具有快***时间和低的正向压降。其电流额定值应为,反向击穿电压必须高于VOUT。当输出电压较高时,可选用硅整流二极管。
    基于以上参数的计算方法,以一电源的设计为例,在连续工作模式下计算出各参数,具体为
    VIN=3.3V&plu***n;0.33V,VOUT=5V;
    IOUT(MAX)=700mA,IP=1.48A;
    L实际=3.3μH,LI=3.72μH;
    CFF=100pF,CFB=100pF,CIN=33μF,
    COUT=14μF~448μF,COUT(实际)=33μF;
    R1=100kΩ,R2=33.2kΩ
    DMAX=45.5%;
    tON=0.5μs(SET=GND);
    f=761kHz~800kHz(IOUT(MIN)=120mA)
    3.3 典型应用
    MAX1524的典型应用电路如图2所示。
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