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SiC47xEDB是Vishay 推出的一個 Buck Converter, EVM上可以針對各種功能模式或以跳線方式來進行調整行為模式, 詳細調整的模式如下所示 :
J1~J4 : 工作模式 :
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模 式 選 擇 | |||
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模式 |
外接電阻 ( KΩ ) |
省電模式 |
內部 VDRV REGULATOR |
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1 |
0 to 100 |
Enable |
ON |
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2 |
298 to 304 |
Disable |
ON |
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3 |
494 to 504 |
Enable |
OFF(1) |
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4 |
900 to 2200 |
Disable |
OFF(1) |
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備註 : | |||
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(1) 需接 5V 在 VDRV 接腳 , 而且模式不會在開機後鎖住 , 可以隨時改變模式 | |||
J6 : 致能腳位 : 連接高電位致能,連接低電位禁能,可以連接到 55V。
J7 : VDRV : 內部柵極驅動器的電源電壓
J8 : Ultrasonic 音頻設置
- 電源拓撲 : 固定導通時間降壓轉換器
( Constant on-time synchronous buck converter )
- 輸入電壓範圍 : DC : 4.5V ~ 55V
- 可調整最低電壓 : 0.8V
- 最大可輸出電流 :
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Part Number |
輸出電流 ( A ) |
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1 |
SiC471EVB |
12 A |
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2 |
SiC472EVB |
8 A |
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3 |
SiC473EVB |
5 A |
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4 |
SiC474EVB |
3 A |
- 工作頻率範圍 : 100KHz ~ 2MHz
- 最高效率 : 98%
- 輸出電壓精準度 : ±1% 輸出電壓
- 音頻模式 ( 超聲波模式 ) :
- Ultrasonic Pin : 設成 1 , 使芯片最低工作在 20KHz , 避開音頻範圍
- Ultrasonic Pin : 設成 0 , 芯片將工作低於 20KHz , 可能會有音頻噪聲
- 保護功能 :
- 逐波限流 ( cycle by cycle current limit )
- 過溫保護 ( over temperature protection )
- 短路保護 ( short circuit protection )
- 欠壓保護 ( under voltage protection )
- 過壓保護 ( over voltage protection )
- 工作溫度 : -40 ~ +125°C
- 其他優點 :
內含 high / low side MOSFET , 減少外部線路
四、腳位功能說明
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Pin Number |
標示 |
說明 |
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1 |
VCIN |
功率級輸入電壓給 IC 內部的穩壓器 VDD 與 VDRV。此腳與Vin 相連，也可以連接到較低的輸入電壓，以減少內部電流損耗。 |
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2 |
PGOOD |
Open-drain 的電源正常指示器，高阻抗表示電源正常。需要外部上拉電阻。 |
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3 |
EN |
致能腳位。連接高電位致能，連接低電位禁能。可以連接到 55V。 |
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4 |
BOOT |
驅動提升電壓。 |
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5,6 |
PHASE |
Gate Driver 回授信號。 |
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7,8,29 |
VIN |
功率級輸入電壓。 |
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9,10,11,17,30 |
PGND |
電源參考地端. |
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12,13,14 |
SW |
降壓式轉換器的開關切換點。 |
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15 |
GL |
Low side MOSFET gate 信號。 |
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16 |
VDRV |
內部閘極驅動器供電電壓。當使用內部 LDO 供電時，則 VDRV 是 LDO 輸出電壓。連接 4.7 uF 去耦電容至 PGND。 |
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18 |
ULTRASONIC |
浮接時禁能 ultrasonic 模式，連接 VDD 則會啟用。 ( ultrasonic mode = 省電模式 ) |
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19 |
SS |
透過外部接一個外接電容來設定電源啟動的電壓斜率。 |
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20 |
VSNS |
功率電感信號回授，用於穩定系統補償。 |
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21 |
COMP |
內部誤差放大器輸出。如果這腳位接地，連接回授補償。 |
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22 |
VFB |
回授輸入電壓，來設定輸出的電壓。連接外部信號分壓電阻 ( 從 VOUT to AGND )。 |
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23,28 |
AGND |
接地 ( Analog ground )。 |
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24 |
fSW |
透過連接一個電阻到地來設定導通時間。 |
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25 |
ILIMIT |
透過外部電阻接地來設定限制輸出電流。 |
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26 |
VDD |
IC的基本電壓。 VDD為LDO輸出，將一個1uF的電容連接至AGND |
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27 |
MODE |
透過外部電阻接地來設定各種工作模式。詳細請看 datasheet。 |
六、參數設置
- 設置輸出電壓
通過修改 VFB 連接的分壓電阻可以變更輸出電壓。其電阻計算公式如下，
，的電阻最大只能到 10k，以防止輸出電壓在空載時出現浮動。
整理後，輸出電壓的計算方式如下 :
若以 EVM 設計， ，取R12 = 52.3K , 取R10= 10K
2. 決定切換頻率
修改 RFSW 可以改變頻率。計算公式如下，SiC47x 可以工作在在 100kHz 到 2MHz 之間。
整理後，開關頻率的計算方式如下 :
以 EVK 設計為例， R9= 52.3K
3. 電感計算範例
首先由輸出電壓、輸入電壓與頻率計算導通時間。
接著由導通時間計算電感感量，K 是所需的最大輸出電流漣波與輸出電流的的百分
比，通常不超過 30%，但可以依設計需求調整。SiC472 最大電流為 8A，K值則
取 K=0.3。
取接近值， L=4.7uH。
4. 轉導放大器補償 RC
為了得到高頻寬，需要利用以下公式計算轉導放大器的外部補償，建議的 值是 1nF， 是所有輸出電容的加總。
取值 R11=232K。
5. 致能引腳電壓
引腳內部有 5MΩ 下地電阻，引腳在電壓超過 1.4V 時使 IC 開始工作。可以輸入一個固定電壓，或透過一個電阻連接到 VIN。
6. 軟啟動設置
軟啟動功能用於限制啟動時的電流大小，透過將 SS 引腳連接至一個積層電容可以簡單實現。開機時 IC 會從 SS 引腳輸出一個恆定電流對電容充電，100nF 電容可以提供大約 16ms 的軟啟動時間，其計算公式如下，建議選用的電容小於 1uF，EVM 選擇的是 10 nF，軟啟動時間計算如下 :
7. 限流電阻
透過在 ILIMIT 間設置的電阻大小可以更改電流限制點，以電流限制在 8 A，其計算公式如下 :
取電阻值 60.4K 代回 :
七、 LAYOUT 建議
- VIN / GND 平面與去耦
- 在 VIN 與 PGND 間應有陶瓷電容相連，並放置在盡可能靠近元件的位置。
- 應搭配使用樹種陶瓷電容的容值與包裝來涵蓋去耦的頻率。
- 容值較小的電容應越靠近 VIN，以提供高頻的響應。
- VCIN 引腳
- 同時是內部穩壓器與 tON 控制模塊的輸入引腳，tON 會隨輸入電壓變化，且一定要在靠近 IC 的位置加上去耦電容。
- SW 平面
- 使用大面積，低阻抗的舖銅連接電感。若需放置 snubber，則如圖中所示放在 Bottom 面。
4. VDD / VDRV 輸入濾波
- CVDD 電容需放在 VDD 與 AGND 之間來過濾雜訊。
- CVDRV 電容需放在靠近 VDRV 與 PGND 引腳的位置，以減少線阻並提供低端 MOSFET 最大的瞬間驅動電流。
5. 啟動電阻與電容
- CBOOT 與 RBOOT 需放在極靠近 PHASE 與 BOOT 引腳的位置。
- 為降低寄生電感建議使用 0402 封裝的電阻與電容。
6. 訊號走線
- 將類比小訊號與高電流路徑分離。如上圖所示，當控制用的小訊號放在右側時，存在高 dv/dt 與 di/dt 的大電流路徑則放置在元件左側，所有小訊號元件需緊鄰元件放置並最小化走線長度。
- AGND 中的 PIN 23 需要與 PGND 單點連接，將 AGND 鋪銅與 PIN 23 連接可以降低雜訊干擾。
- 反饋訊號可以使用內層走線，且須遠離 SW 並以地平面隔離。
- 漣波注入電路放在電感旁，建議使用 Kelvin connection ( 如上圖所示 )。
7. 增加散熱路徑與複數電源路徑平面
- 可在 VIN 與 PGND 焊點增加散熱貫孔，利用內層來散熱與增加電流路徑。
- 可以增加額外的貫孔在 VIN 與 PGND 平面來改善散熱，並在底層增加 VIN 與地平面鋪銅提高功率承受能力。
- SW 焊點可以視為一個干擾源，而且並不建議使用貫孔
- 理想的貫孔尺寸是 8mil 與 10mil，貫孔可能造成溢錫或其他問題，請諮詢打件廠商。
8. 地平面
- 建議將靠近 Top 層的第一個內層設計為地平面。
- 這個內層提供隔離 Top 層雜訊與內層訊號的作用。
- 內層地可以切開為 PGND 與 AGND
SiC47x Datasheet : http://www.vishay.com/docs/75786/sic47x.pdf
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