全陶瓷电容设计的降压反相型3A、+-5V电源

摘要：MAX8538双路同步buck控制器能够提供3A的+5V、-5V输出。利用一个控制器作为同步整流降压(buck)转换，而另一个通过变压器输出负压。电路支持软启动和软关断。

这里提供的1MHz、全陶瓷电容设计方案采用MAX8538双同步buck控制器提供+5V和-5V电源，并具有软启动、软关断功能。控制器配置为同步buck转换，提供+5V @ 3A输出，第二个buck控制器配置为反激转换，通过1:1变压器提供-5V @ 3A输出。

增益为-1/2的运算放大器MAX4400控制负电压输出。MAX8538的内部5V VL线性稳压器为运算放大器提供偏置。增益为-1/2的运算放大器输出限定在此范围内，并在误差放大器的共模限制范围内。

Buck转换器控制增益为：Vout / Vin = 占空比。1:1反激转换器控制增益为：Vout / Vin = 占空比 / (1 - 占空比)，随着占空比的增大而增大。对于1:1反激转换器，占空比 = Vout / (Vin + Vout) = 5V / (10.8V + 5V) = 0.317。这样，附加控制增益 = 1 / (1 - 0.317) = 1.464。附加控制增益是影响3类补偿网络设计的一个因素，使单位增益频率降低了1.464倍。运算放大放反相增益通过调节R23补偿，不会影响补偿网络的其它电路。

MAX837电压检测提供欠压闭锁功能。当输入电压Vin大于9.2V时，MAX8538开启。R31引入75mV的正反馈(滞回)，可以避免噪声干扰，在较低的Vin摆率下能够提供干净的软启动、软关断过程。注意，由于反激转换器的变压器工作在非连续电流状态下，-5V软关断与+5V波形的对称性取决于-5V电源的负载。另外，-5V侧由于电流不连续，需要连接比+5V输出电容更大的输出滤波电容。


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图1.

表1. Vin Iin V1 I1 V2 I2 Efficiency 12.00 0.044 5.083 0 -5.043 0   10.77 3.41 5.078 3 -5.038 3 0.826 12.00 3.06 5.080 3 -5.040 3 0.827 13.23 2.79 5.080 3 -5.040 3 0.823     20mVpp ripple in 20MHz BW   25mVpp ripple in 20MHz BW    
表2. 10.8V至13.2V输入，-5V ＠ 3A、5V ＠ 3A输出电路的材料清单9/30/03 DesignaTIon QTY DescripTIon C2,C4 3 10uF 16V X5R ceramic capacitor (1210) Taiyo Yuden EMK325BJ106MN C5,C6,C7,C10, C41 5 0.1uF ceramic capacitor (0603) C12,C30 7 100uF 6V Y5U ceramic capacitor (1210) Taiyo Yuden JMK325E107MM C13 1 4.7uF 6V X5R ceramic capacitor (0805) Taiyo Yuden JMK212BJ475MG C14 1 1uF 25V X5R ceramic capacitor (1206) Taiyo Yuden TMK316BJ105ML C15 1 1uF 6V X5R ceramic capacitor (0603)Taiyo Yuden JMK107BJ105MA C17 1 3.3nF ceramic capacitor (0603) C18,C20 2 5pF ceramic capacitor (0603) C19 1 560pF ceramic capacitor (0603) C21 1 1.5nF ceramic capacitor (0603) C22 1 220pF ceramic capacitor (0603) C23,C24 2 33nF ceramic capacitor (0603) C40 1 680pF ceramic capacitor (0603) C42 1 1.2nF ceramic capacitor (0603) C43 1 470pF ceramic capacitor (0603) D1,D2 2 100mA 30V Schottky diode (SOD-323) Central Semi CMDSH-3 D3 1 5A 40V Schottky diode Central Semi CMSH5-40 L1 1 2.2uH 10A Power Inductor Delta THA104-2R2 L2 1 2.2uH 14.4A Dual Power Inductor Pulse P0395 N1,N5,N9 3 30V 13mΩ N-ch MOSFET (SO-8) InternaTIonal RecTIfier IRF7821 N3,N7 2 30V 30mΩ N-ch MOSFET (SO-8) Fairchild FDS6612A R2 1 511 Ω 1% resistor (0603) R3 1 681 Ω 1% resistor (0603) R7 1 2.2 Ω 5% resistor (0603) R8 1 4.7 Ω 5% resistor (0603) R9,R24 2 20.0k Ω 1% resistor (0603) R10,R15 2 53.6k Ω 1% resistor (0603) R11 1 51k Ω 5% resistor (0603) R12 1 1.5k Ω 5% resistor (0603) R13 1 4.3k Ω 5% resistor (0603) R14 1 43k Ω 5% resistor (0603) R16,R25 2 10.0k Ω 1% resistor (0603) R22 1 5.1Ω 0.125W 5% resistor (1206) R23 1 24.9k Ω 1% resistor (0603) R26 1 3.3 Ω 0.25W 5% resistor (1210) R27 1 18 Ω 5% resistor (0603) R28 1 33 Ω 5% resistor (0603) R29 1 10.0k Ω 1% resistor (0603) R30 1 1.50k Ω 1% resistor (0603) R31 1 100k Ω 1% resistor (0603) U1 1 MAX8538EEI (28-QSOP) U2 1 MAX4400AXK (5-SC70) U3 1 MAX837EUS (4-SOT143)