高效PWM电源控制集成电路MIC2194及其应用_瑞达电器资料网,华玉生活

摘要：MIC2194是MICREL公司采用BiCMOS工艺制造的一种开关型电压转换控制器集成电路，利用它可将2．9V～14V范围内的输入电压变换成3．3V、5V或12V的输出电压，因而可广泛应用于需要3．3V、5V或12V以及采用1～2节锂离子电池供电的电源电路中。文中介绍了MIC2194的主要特点、引脚功能、内部结构和工作原理，给出了由MIC2194组成的＋5V和－5V两种输出的DC－DC转换电路。
    关键词：电源；DC－DC转换器；控制器；MIC2194

1概述
   MIC2194是MICREL公司生产的一种高效PWM触发式电源控制器。利用它可将2．9V～14V电压范围内的输入电压变换成3．3V、5V或12V的电压输出，因而可广泛应用于需要3．3V、5V或12V以及采用1～2节锂离子电池供电的电源电路中。MIC2194设计简单，结构灵活，因而可配置成多种电源转换器。MIC2194采用小体积封装，因此其体积很小，重量很轻，可有效节约宝贵的印制板空间。另外，
MIC2194还具有外围元件少的特点。在400kHz的PWM操作时，电路输出中的电感和电容都不需要太大，因而可有效降低应用电路的实际成本。　　
    MIC2194可以直接驱动一个高端P－沟道MOS－FET。它的输出驱动阻抗很低（仅有2Ω），因而可驱动较大的外部MOSFET并产生很大的输出电流。
    MIC2194的最大占空比可达到100％，因此可满负荷运行。它的结温范围为－40℃～＋125℃，采用8脚SOIC封装形式。其主要特点如下：
    ●具有2．9V～14V的输入电压范围；
    ●操作振荡频率为400kHz；    ●采用PWM电流型控制方式；    ●输出驱动阻抗仅有2Ω；
    ●可达到100％的最大占空比；    ●可编程控制欠压锁定端UVLO；
    ●关断电流只有0．5μA；
    ●采用前沿隔断方式；    ●采用循环式限流模式；
    ●可通过频率反馈进行短路保护；
    ●采用8脚SOIC封装形式。
　　MIC2194的主要应用范围包括分布式电源系统，负载端电源电路，负电压驱动电源电路，基态电源，无线式调制解调器，ADSL线卡，服务器，3．3V、5V和12V电源转换电路以及采用1～2节锂离子电池供电的操作系统等。
2引脚功能和主要参数
2．1引脚功能
　　MIC2194采用8脚SOIC封装，图1所示是其引脚排列，各引脚的功能说明如表1所列。2．2主要极限参数
　　MIC2194可工作在2．9V～14V的输入电压范围内，它的其它主要极限参数如下：    ●电源极限电压：15V；
    ●最大数字电源电压：7V；
    ●使能脚最大电压范围：－0．3V～＋15V；
    ●补偿脚最大电压范围：－0．3V～＋3V；
    ●反馈脚最大电压范围：－0．3V～＋3V；    ●最大电流检测电压：－0．3V～1V；
    ●最大电源功耗：285mW／85℃；    ●存储温度范围：－65℃～＋150℃；　　
    ●ESD范围：2kV。

3内部结构及工作原理
MIC2194是采用BiCMOS工艺制造的开关型电压转换控制器。其内部主要由控制环路（包括PWM操作模式和电流型控制模式）、限流电路、参考时钟、使能电路、欠压锁定电路、MOSFET驱动电路以及内部振荡电路等组成。图2所示是MIC2194的内部结构及其典型外围电路的连接方法。
　　MIC219在工作时，当开关周期开始的时候，OUTP引脚为低电平，高边P沟道MOSFET管Q1（Si980 3DY）被打开，电流通过电流检测电阻R_SENSE、MOSFET管Q1和电感L1从输入流向输出。电路中
　

的L1的主要作用是控制电路电流迅速增大而出现的瞬变。电流检测电阻上电压降幅的大小将影响MIC2183内部斜坡补偿电路的稳定性。因为该信号将同时作为MIC2194内部电流检测放大器的输入，而该内部放大器的输出将直接影响MIC2194的内部斜坡补偿电路。同时该信号还将用来和器件内部的差分放大器的输出进行比较。当该电流信号等于差分电压信号时，电路中的P沟道MOSFET将被关断。此时电感电流将从D1二极管中流过。直到下一个开关周期开始，P沟道MOSFET重新导通后，二极管D1被再次关断。
4应用电路
通过MIC2194可以达到100％的占空比操作而不需要高端驱动自举电路。由于采用的是电流型控制方式，MIC2194能够达到很高的实时线性和负载调节性。当电路工作在50％以上的占空比时，器件内部的斜坡补偿电路可以对电路进行有效地补偿。从而使MIC2194控制器成为高效DC－DC转换器应用领域的最佳选择。
4．1典型应用电路
　　图3所示是一个输出电压为5V，输出电流可以达到5A的DC－DC变换电路。实际上，该电路的输出电压是可以通过图中的R1和R2来进行分压调节的。其关系式如下：

对于MIC2194来说，V_REF的值为1．245V。而对于电阻来说，较低的R1的值可以减少FB端的噪声，但如果R1太小，无疑又将降低电源的工作效率，这一点对于低输出负载的应用场合尤其明显。因此，本设计选用的R1为10kΩ。电路中的其它外围元器件的具体参数可参考图3进行设计。
4．2反极性输出DC－DC变换电路
　　通过图4所示电路可以将正极性的输入直流电压转换成负极性的直流输出电压。由于该电路中的R1和R2的值分别选择为3．01kΩ和1kΩ，而FB端的电压为1．245V，所以，电路的输出电压V_OUT应为：
式中，V_OUT之所以取负值，是因为R1的另一端是接地的。电路中的其它元器件可参考图4中所标注的参数来选择。