MP8771芯片电源降压(TIC实验室)

MP8771芯片
这款芯片是MPS公司旗下的电源管理类芯片，采用QFN-16封装，是一款完全集成，高频，同步，整流，降压，开关模式转换器，内部功率mosfet，支持3V-18V电压输入，在宽输入范围内实现10A的连续输出电流，具有出色的负载和线路调节，采用同步模式操作，在输出电流负载范围内具有更高的效率。恒定时间（COT）控制操作提供非常快速的瞬态响应。
当然，以上我并不认为是它最大的优点，它最大的优点我认为是过流保护（OCP）和短路保护（SCP）以及热关机
引脚说明
1、5    NC：没有连接，NC必须左浮动（通常指的是某个引脚或者连接点没有连接到电路中的任何其他部分，也就是说它没有与电源、地线或者其他信号线相连。在这种状态下，该引脚的电位是不确定的，因为没有明确的电压源来定义它的电平状态）。
2         BST：自举引脚，在SW和BS之间连接一个电容，形成横跨高侧开关驱动器的浮动电源。
3          EN：使能引脚，通过拉高EN脚使能MP8771芯片，当浮动时，EN被拉到GND并通过内部1.2MQ电阻禁用。
4           FB：反馈引脚，当连接到连接在输出和GND之间的外部电阻分压器时，可通过FB外部的电阻网路以设置输出电压。
5     AGND：信号地，信号地引脚在芯片内部并不连接到系统地，在画PCB时需要将其与系统地连接。
6           SS：软起动引脚，在SS和GND之间连接电容以设置软启动时间，以避免启动时的涌流。
7           PG：电源良好输出引脚，即芯片指示引脚，可以通过PG脚判断芯片是否正常工作，PG的输出是一个开漏。如果发生UVP、OCP、OTP或OV，PG会改变状态。
8          VIN：电源输入电压引脚，是一个3-18V输入轨道，需要选配电容C1去耦合输入轨。使用宽PCB走线进行连接。
9-13  PGND：系统地面，PGND是稳压输出电压的基准地。在PCB布局时，需要仔细考虑保护地线。建议使用铜线和过孔连接保护地线。
14        VCC：内部偏置电源输出引脚，用1uF电容对VCC进行去耦。将VCC电容靠近VCC和GND。
16         SW：开关输出引脚，用宽PCB走线连接SW。

工作原理和状态简要说明
COT 控制：当反馈电压（VFB）低于参考电压（VREF）时，高侧MOSFET（HS-FET）开启，表明输出电压不足。导通时间由输入电压和输出电压共同决定，使切换频率在输入电压范围内相对恒定。每个周期结束后，HS-FET 关闭；当 VFB 再次低于 VREF 时，HS-FET 重新开启，通过这种方式调节输出电压。

低侧MOSFET (LS-FET)：在 HS-FET 关闭期间，LS-FET 开启以减少导通损耗。为了防止同时开启 HS-FET 和 LS-FET 导致的直通（shoot-through），内部设置了死区时间（DT）。

内部补偿：为 COT 控制提供内部补偿，确保即使使用陶瓷电容作为输出电容时也能稳定运行。这种补偿提高了抖动性能而不影响线路或负载调节。

连续导通模式 (CCM)：当输出电流较高且电感电流始终大于零时，转换器处于 CCM 模式。在 CCM 下，HS-FET 根据一个固定的定时器开启一段时间，关闭后 LS-FET 开启直至下一个周期开始。切换频率在此模式下相对恒定，这称为脉宽调制（PWM）模式。
脉冲频率调制 (PFM)：在轻载条件下，MP8771 自动降低切换频率以保持高效率，此时电感电流几乎降至零。当电感电流归零时，LS-FET 驱动进入高阻抗状态（Hi-Z），输出电容缓慢对地放电。这种操作方式在输出电流较低时显著提高了设备效率，被称为跳过模式（skip mode）。随着输出电流增加，HS-FET 的开启频率加快，切换频率随之增加。
当输出电流达到临界值时，转换器从 PFM 模式转换回 PWM 模式，切换频率再次变得相对恒定。

VCC引脚内部存在调节器为内部电路提供 3.4V 电源，当 VIN 超过 3.4V 时输出稳定，低于 3.4V 时输出跟随 VIN 减少，需要在 VCC 引脚处放置一个 1μF 的陶瓷去耦电容。

EN是数字控制引脚，驱动 EN 高于 1.25V 以开启调节器，低于 1V 以关闭调节器，浮空时内部 1.2MΩ 电阻将其拉低至 GND，EN 可直接连接到 VIN 并支持高达 18V 的输入范围。

欠压锁定（UVLO）保护芯片在供电电压不足时不会工作，UVLO 比较器监控内部调节器（VCC）的输出电压，上升阈值约为 2.8V，下降阈值约为 2.45V，当输入电压高于上升阈值时 MP8771 启动，低于下降阈值时关闭，是非锁存保护。

软启动（SS）确保上电时输出电压平稳上升，当 EN 变高时，内部 6μA 电流源给 SS 电容充电，SS 电容电压接管 VREF 并传递给 PWM 比较器，输出电压随 SS 电压平稳上升，直到 VSS 超过 VREF，软启动完成，如果输出电容较大，不建议设置过短的 SS 时间，建议避免使用小于 4.7nF 的 SS 电容。

电源良好（PG）指示器通过一个电阻（如 100kΩ）连接到 VCC 或其他电压源，PG 是一个开漏 MOSFET，在 SS 准备就绪之前被拉低至 GND，当 VFB 达到 VREF 的 90% 时，PG 经过 50μs 延迟后被拉高，当 VFB 降至 VREF 的 80% 时，PG 被拉低，当发生 UVLO 或过温保护（OTP）时，PG 立即被拉低，当发生过流（OC）条件时，如果 VFB 降至 VREF 的 80% 以下，PG 在 0.05ms 延迟后被拉低，当发生过压（OV）条件时，如果 VFB 升至 VREF 的 120% 以上，PG 在 0.05ms 延迟后被拉低，如果 VFB 降至 VREF 的 110% 以下，PG 在 0.05ms 延迟后被拉高，如果输入电源无法为 MP8771 供电，即使 PG 通过外部直流源通过上拉电阻连接，PG 也会被钳位在低电平。

MP8771 具有过流保护（OCP）和短路保护（SCP），采用谷值限流控制，低侧MOSFET（LS-FET）监测流经自身的电流，高侧MOSFET（HS-FET）等待谷值电流限值解除后才重新开启，同时输出电压下降，直到 VFB 低于欠压（UV）阈值（通常是参考电压的 50%），触发 UV 后，MP8771 进入间歇模式（hiccup mode），周期性重启。

在过流保护期间，设备尝试通过间歇模式恢复过流故障，这意味着芯片禁用输出功率级，放电软启动电容，并自动重新软启动。如果软启动结束后过流条件仍然存在，设备会重复这一操作循环，直到过流条件消失，输出电压回升到调节水平。OCP 是非锁存保护。

热关断保护防止芯片在极高温度下工作，当硅片温度超过 150°C 时，整个芯片关闭，温度降至下限阈值（通常为 130°C）时，芯片重新启用。

浮动驱动和自举充电通过外部自举电容为浮动功率 MOSFET 驱动器供电，浮动驱动有自己的 UVLO 保护，上升阈值为 1.7V，滞回为 150mV。VIN 通过 D1、M1、R4、C4、Lo 和 Co 内部调节自举电容电压，如果 VIN - VSW 超过 5V，U2 调节 M1 以维持 C4 上的 3.3V BST 电压，建议 BST 电阻（R4）小于 4.7Ω。

当 VIN 和 EN 均超过各自的阈值时，芯片启动，参考块首先启动，生成稳定的参考电压和电流，然后内部调节器启用，为剩余电路提供稳定的电源。

MP8771 设计支持预偏置负载的单调启动，如果启动时输出已预偏置到一定电压，BST 电压会被刷新和充电，软启动电容电压也会被充电。如果 BST 电压超过其上升阈值电压，且软启动电容电压超过 FB 处的检测输出电压，芯片开始正常工作。

三种事件可以关闭芯片：EN 低、VIN 低和热关断。关断过程首先阻断信号路径以避免任何故障触发，然后内部电源轨被拉低。

MP8771芯片数据手册

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原理图

PCB设计
1、为了获得更好的性能，建议使用四层板(中间两层为GND)。
2、将大电流路径（GND， VIN和SW）放置在非常靠近器件的地方，具有短，直接和宽的走线。
3、将输入电容尽可能靠近VIN和GND。
4、在器件附近放置一个VCC去耦电容器。
5、在VCC电容的接地点连接AGND和PGND。
6、将外部反馈电阻放置在FB旁边。
7、保持交换节点（SW）短，远离反馈网络。

转化性能测试

尽管参数测试存在误差（我并没等待电压稳定进行读数），但是趋势已经很明显，在没有误差的情况下，曲线应该呈现线性向下，为什么没有8-10A呢，因为在测量到8A时，芯片被击穿了，我们在测量8A时停留时间太长，芯片高负载工作太久，但是一开始我们直接测量输出10A电流，我大概记得是4.4V左右。