摘要：本參考設計提供了一個利用MAX5060電流模式、降壓型電源控制器實現大電流應用中的無損電流檢測設計方案。設計采用電感的等效串聯電阻(DCR)進行電流檢測，可以省去檢流電阻的功耗。
概述
目前，大多數數據處理單元需要從電源消耗更大的電流，以滿足更高的處理速度。這些應用中，無損電流檢測以及地電位偏差對于精確控制輸出電壓、輸出電流非常關鍵。
MAX5060 PWM降壓電源控制器利用平均電流模式控制技術跟蹤負載電流，器件采用差分檢測技術精確控制輸出電壓。本參考設計中利用電感的等效串聯電阻(DCR)檢測電流，省去了檢流電阻的功耗。
本參考設計提供了一個大電流(30A)電源設計方案，具有較高的系統效率和良好的負載調節，以下給出了完整的電路原理圖、材料清單(BOM)、效率測量及測試結果。
規格與設計步驟
參考設計能夠達到以下技術指標。
輸入電壓：12V ±10%
輸出電壓：1.5V
輸出電流：30A
輸出紋波：±15mV
輸入紋波：±250mV
效率：> 88%，負載為滿負荷的一半(15A)
開關頻率：275kHz
電路板外形尺寸：5cm × 3.3cm
參考設計原理圖如圖1所示，元件清單如表1所示，設計中MAX5060采用降壓配置。
詳細圖片(PDF, 100kB)
圖1. MAX5060降壓轉換器原理圖(FSW = 275kHz)
表1. 元件清單
| Designator | Description | Comment | Footprint | Manufacturer | Quantity | Value |
| C1, C20 | Capacitor | GRM1555C1H101JZ01D | 402 | Murata | 2 | 100pF |
| C2 | Capacitor | GRM155R71E223KA61D | 402 | Murata | 1 | 22nF |
| C3 | Capacitor | GRM155R71H682KA88D | 402 | Murata | 1 | 6.8nF |
| C4 | Capacitor | GRM1555C1H470JZ01D | 402 | Murata | 1 | 47pF |
| C5 | Capacitor | GRM155R61A224KE19D | 402 | Murata | 1 | 0.22µF |
| C6, C12 | Capacitor | GRM155R61A474KE15D | 402 | Murata | 2 | 0.47µF |
| C7, C8, C9, C18 | Capacitor | GRM188R71A105KA61D | 402 | Murata | 4 | 1µF |
| C10, C11 | Capacitor | GRM32ER71C226KE18L | 1210 | Murata | 2 | 22µF/16V |
| C13, C14 | Capacitor | GRM32ER60J107ME20L | 1210 | Murata | 1 | 100µF/6.3V |
| D1 | Schottky Diode | CMHSH5-2L | SOD123 | Central Semiconductor | 1 | 20V, 500mA Schottky |
| D2 | Schottky Diode | UPS835LE3 | POWERMITE3 | Microsemi | 1 | 35V, 8A Schottky Rectifier |
| L | Inductor | T5060 (0.6µH) | T5060_Falco_Inductor | Falco | 1 | 0.6µH |
| R1 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 1.7kΩ |
| R3, R16 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 12.7kΩ |
| R4, R21 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 4.99kΩ |
| R5, R20 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 100kΩ |
| R6 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 226kΩ |
| R7 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | Open |
| R8, R19 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 10kΩ |
| R9 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 0 |
| R10 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 5.6kΩ |
| R11 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 1Ω |
| R12 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 2.2Ω |
| R13, R22 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 715Ω |
| R14 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 1.82Ω |
| R15, R18 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 2 | 22Ω |
| R17 | Resistor | Res1 | 402 | Multisource | 1 | 8.45kΩ |
| U1 | PWM Controller | MAX5060 | 28-TQFN-EP | Maxim | 1 | — |
效率曲線
圖2給出了參考設計的效率與負載電流的關系曲線，圖3給出了負載調節參數曲線。
圖2. 負載電流與轉換器效率的關系曲線，VIN = 12V。
圖3. 負載電流與轉換器輸出電壓的關系曲線，VIN = 12V。
實驗結果
圖4至圖7給出了不同輸入條件下，轉換器輸出電壓與負載電流的對應關系曲線。
圖4. 轉換器波形，VIN = 12V、IOUT = 30A。
VIN = 12V、IOUT = 2 × 15A
Ch1：輸出電流(2倍)
Ch2：輸出電壓
Ch3：輸入電壓
Ch4：高邊MOSFET柵極驅動
圖5. 輸入和輸出紋波，VIN = 12V、IOUT = 30A。
VIN = 12V、IOUT = 2 × 15A
Ch2：輸出電壓紋波
Ch3：輸入電壓紋波
圖6. 電源瞬態響應
VIN = 0至12V，IOUT = 2 × 15A
Ch2：輸出電壓
Ch3：輸入電壓
圖7. 負載瞬態響應
VIN = 12V、IOUT = 1A至7A
Ch1：輸出電流瞬變(1A至7A)
Ch2：輸出電壓紋波
針對該應用開發的電路板如圖8所示。
圖8. MAX5060降壓參考電路板，四層板。