双降压直流直流转换器LM2717及其应用设计

  lm2717是美国国家半导体公司推出的一款全新的高性能转换器。该芯片内含两颗降压脉宽调制 (pwm) 直流/直流转换器，其中一颗专门用来提供固定输出3.3v电压，而另一颗则专门用来提供可调节输出电压。这两颗转换器芯片都设有导通状态电阻 ( rdson)低至只有0.16 的内部开关，以确保能发挥最高的转换效率，而且工作频率能在300khz与600khz之间的范围内加以调节，使系统能采用较小巧的外置元件。每一颗转换器也可以用自己的关闭引脚单独进行关闭。该产品大范围的应用于薄膜晶体管液晶显示器（tft-lcd）、掌控装置、便携式应用和膝上型电脑。

  固定3.3v输出电压降压转换器具有一个电流是2.2a、电阻是0.16 的内部开关；

  agnd（3,9,10）：模拟地。agnd和pgnd必须在产品上直接连在一起。

  agnd（9,10）：模拟地。agnd和pgnd必须直接在产品上接在一起。

  sw2（13）：可调降压电源开关输入端。该开关连接在vin和 sw2引脚之间。

  vin（14,15,23）：模拟电源输入端。 vin引脚应该在产品上直接连接起来。

  fslct（19）：转换频率选择输入端。利用一个电阻来设置在300-600khz范围内的频率。

  sw1（24）：固定降压电源开关输入端。开关连接在vin和sw1引脚之间。

  图2是lm2717内部结构方框图。该器件有专门的保护电路，正常操作时它会运行起来保护这个集成电路（ic）。当器件温度过高时，热关闭电路会断电。uvp比较放大器在电源启动和关闭期间保护电源装置，以防止在最小输入电压以下工作。ovp比较器被用来防止输出电压在没有负荷情况下上升，它允许在全负荷条件下的全脉宽调制（pwm）。当降低供给电流大约到10 a时，该芯片也会对每一个转换器表现出关闭模式特性（都工作在关闭模式）。

  在第一个工作周期里，晶体管关闭，二极管反向偏倚。能量收集在电感当中，负荷电流是由cout和通过电感增加的电流提供。在第二个工作周期中，晶体管打开，二极管前向偏倚，因为电感电流不能瞬间改变方向。贮存在电感当中的能量被转移到负荷和输出电容。这两个周期的的比率决定着输出电压，输出电压近似地定义为：

  图3所示是lm2717的典型应用电路。图中，vin是整个应用电路的电压输入端，vout1是固定降压转换器的电压输出端， vout2是可调节降压转换器的电压输出端。cin、cout 、css、cboot 、l分别是输入电容、输出电容、软启动电容、自举电容、电感器，这几个器件在设计时应重点考虑。这里主要介绍利用该芯片进行设计时一些主要外部器件的选择原则及应注意的问题。

  输出电压是使用反馈引脚和连接到输出端的电阻分配器设计的，如图3所示。反馈引脚电压是1.26v，因此根据下面的等式，由反馈电阻的比来设计输出电压：

  当输入电压vin等于2vout时，rms电流达到最大值（ iout/2）。应该对两个转换器分别计算这个值，然后相加给出一个总的rms电流等级。对于一个铝或陶瓷电容来说，电压等级应该至少高于输入电压最大值的25%。若使用的是一个钽电容，需要电压等级大约是输入电压最大值的2倍。对于较低负载电流输出应用和较少动态（快速变化）负载环境来说，最小电容值应该是47 f。对于较低输出负载电流应用和较少动态负载环境来说，推荐使用一个大小是68 f到100 f之间的低esr电容。也推荐把一个小陶瓷电容（o.1 f到4.7 f）放在输入引脚和接地引脚之间以减少高频突刺。

  电感的最关键参数是电感系数 、峰值电流和直流（dc）阻抗。电感系数与峰与峰之间的电感波纹电流、输入和输出电压有关（对于工作频率是300khz）：

  较高的波纹电流能减小电感系数，但是会增加电感和开关装置的电导损失、核损失和电流压力。对于同样输出电压波纹要求，它也需要一个比较大的输出电容。设置波纹电流是直流电（dc）输出电流的30%是合理的。因为波纹电流会随着输入电压增加，最大输入电压总是会消弱电感系数。电感的直流电（dc）阻抗是功效的一个主要参数。较低的直流电阻抗利用一个较大的线圈可实现。在功效和核大小之间的一个好的折衷方案是让电感铜损失等于输出电压的2%。

  输出电容(cout)的选择受最大允许输出电压波纹影响。输出电压波纹在固定频率脉宽调制模式中的近似为：

  自举电容cboot推荐使用4.7nf或者较大一点的陶瓷电容。对于输入电压小于2倍输出电压的应用，推荐使用更大的电容。

  该芯片没有允许快速启动的内部软启动，但是也会产生高涌入电流。因此，对需要减少涌入电流的应用，该芯片有限制dc/dc转换调整器启动时涌入电流的电路。涌入电流限制电路充当软启动。外部的css引脚用来调整软启动进行特殊的应用。电流iss影响着外部软启动电容 ，软启动时间可估计为：

  该芯片使用两个独立的接地，pgnd用于驱动器和升压式nmos电源装置，agnd用于灵敏的模拟控制电路。agnd和pgnd引脚应该在包装上直接连接在一起。反馈和补偿网络应该直接连接到一个专门模拟地平台，这个模拟地平台必须连接到agnd管脚。如果没有模拟地平台可用，反馈和补偿网络必须直接连接到agnd管脚。把这些网络连接到pgnd引脚会给系统增加噪声。输入旁路电容cin，如图3所示，必须放置靠近集成电路（ic）。这将减少影响集成电路输入电压波纹的铜线阻抗。为过滤额外输入电压，放置一个0.1 f到4.7 f旁路电容与cin并联，靠近vin引脚，以防止任何高频噪声入地。输出电容cout1和cout2 也应该被放置靠近集成电路（ic）。对输出电容coutx的铜线连接能够增加连续阻抗，将直接影响输出电压波纹。反馈网络的电阻 rfb1和rfb2应保持靠近fb引脚，远离电感器，使增加系统噪声的铜线连接最小化。电感器和肖特基(schottky)二极管线连接时应该最小化，以减少电源损耗并提高总体效率。

  目前，厂商越来越喜欢采用能调节输出电压的电源分配结构，以便为系统的特殊应用集成电路及数字信号处理器提供稳压供电。美国国家半导体公司这款全新的降压/降压转换器不但具有高度的灵活性，而且性能极为卓越，是适合这些负载结构采用的理想解决方案。