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电源方案(PMIC)- EA3036C

EA3036C 是一款 3 通道 PMIC,适用于由锂电池或直流 5V 供电的应用。它内部集成三个同步降压转换器,可在轻载和重载运行时提供高效率输出。内部补偿架构使应用电路设计简单。此外,独立的使能控制方便控制上电顺序。EA3036C 采用 20 脚 QFN 3x3 封装。

项目仓库: Collection_of_Power_Module_Design/PMIC/EA3036C

主要特性

  • 输入电压与控制电路电压:2.7-5.5V
  • 输出电压(3 个 Buck 转换器):0.6V-Vin
  • 单路连续负载电流:1A(3 路总输出必须小于 6W)
  • 固定 1.5MHz 开关频率
  • 100% 全占空比输出
  • 待机电流:<1uA
  • 每路独立使能控制
  • 内部补偿
  • 逐周期电流限制
  • 短路保护
  • 自恢复过温(OTP)保护
  • 输入过压(OVP)保护
  • 采用 20 引脚 3mm x 3mm QFN 封装

典型应用电路

内部功能框图

引脚定义

引脚名称引脚描述
VCC内部控制电路的电源输入脚
VINx通道 x 的电源输入脚,加 10uF MLCC 电容去耦
LXx通道 x 内部 MOS 管开关输出,可接低通滤波电路输出更稳定电压
FBx通道 x 的反馈脚,通过分压电路连接电压输出
ENx使能脚,不能浮空
GNDx通道 x 的地
AGND模拟地
底部焊盘散热用,需要接地

特性描述

PFM/PWM 模式

每一路 Buck 都可以运行在 PFM/PWM 模式下。如果输出电流小于 260mA(典型值),稳压器将自动进入 PFM 模式。PFM 模式下的输出电压和输出纹波高于 PWM 模式下的输出电压和输出纹波。但在轻载的情况下,PFM 比 PWM 效率高。

使能开关

EA3036C 是一款专为 IPC 应用设计的电源管理 IC,包含三路 1A 同步 Buck,可通过单独的 EN 引脚进行使能开关控制。

如果需要设定每路 Buck 的开启时间,可通过使用如下电路进行编程:

180° 相位偏移架构

为了降低输入纹波电流,EA3036C 采用了 180° 相位偏移架构。 Buck1 和 Buck3 相位相同,而 Buck2 的相位相差 180°。这样子可以减小纹波电流,从而降低 EMI。

过流保护

EA3036C 内部的三个稳压器都有自己的逐周期限流电路。当电感峰值电流超过电流限制阈值时,输出电压开始下降,直到 FB 引脚电压低于阈值,通常比参考值低 30%。一旦触发阈值,开关频率就会降低到 400KHz(典型值)。

峰值负载电流

EA3036C 的峰值负载电流能力,取决于内部 PMOS 电流限制、工作占空比(Vout/Vin)和电感值。在 Vin=5V, L=1.5uH 的条件下,输出峰值负载电流能力如下图所示:

输出电压峰值负载电流
3.3V1.2A
1.8V1.5A
1.5V1.5A
1.2V1.5A

需要注意的是,总输出功耗必须小于 6W,以免芯片过热损坏。

热关断

如果芯片温度高于热关断阈值点,EA3036C 将自动关断。为避免工作不稳定,热关断的迟滞约为 30°C。

输出电压调节

每路稳压器的输出电压都可以通过电阻分压器(R1、R2)进行调节。输出电压由下式计算:

VOUTx=0.6R1R2+0.6VV_{OUTx}=0.6*\frac{R_1}{R_2}+0.6V

如果需要输出常用的电压值,则可参考下表配置分压电阻(都需要选用 1% 精度的):

输出电压R1R2
3.3V68kΩ15kΩ
1.8V200kΩ100kΩ
1.5V150kΩ100kΩ
1.2V100kΩ100kΩ

输入 / 输出电容选型

输入电容用于抑制输入电压的噪声幅值,为器件提供稳定、干净的直流输入,输出电容可抑制输出电压纹波。输入和输出都可选用 MLCC 电容(低 ESR)

输入 / 输出电容器的建议型号如下:

NPM容值耐压封装
C2012X5R1A106M10uF10V0805
C3216X5R1A106M10uF10V1206
C2012X5R1A226M22uF10V0805
C3216X5R1A226M22uF10V1206

输出电感选型

输出电感的选择,主要取决于通过电感的纹波电流量 ΔIL\Delta I_LΔIL\Delta I_L 越大,输出电压纹波和损耗也会越大。虽然小电感可节省成本和空间,但较大的电感值可以获得更小的 ΔIL\Delta I_L,带来更小的输出电压纹波和损耗。电感取值的计算公式:

L=VPWRVOUTΔILFSWVOUTVPWRL=\frac{V_{PWR}-V_{OUT}}{\Delta I_L*F_{SW}}*\frac{V_{OUT}}{V_{PWR}}

对于大多数应用场景,EA3036C 可选用 1.0~2.2uH 的电感。

功耗

EA3036C 的总功耗不应超过 6W,计算公式如下:

PD(total)=Σ(VOUTxIOUTx)P_{D(total)}=\Sigma (V_{OUTx}*I_{OUTx})

Layout 参考

PMIC 的 Layout 需要讲究。可参照以下建议以获得最高性能:

  • 建议使用 4 层 PCB 布局,将 LX 平面和输出平面放在顶层,将 VIN 平面放在内层。
  • 顶层输入 / 输出贴片电容的接地脚应该打过孔连接到内层地和底层地。
  • AGND 应通过过孔直接连接到内部地层。
  • 尽量加宽大电流路径走线。
  • 将输入电容尽可能靠近 VINx 引脚放置,以减少噪声干扰。
  • 使反馈路径(从 VOUTx 到 FBx)远离噪声节点(例如 LXx)。 LXx 是一个高电流噪声节点。使用短而宽的走线完成布局。
  • 芯片底部焊盘需要打多个孔到内层和底层地,用以散热。
  • 将输入电容尽可能靠近 VINx 引脚放置,以减少噪声干扰。

参考与致谢

文章作者:Power Lin
原文地址:https://wiki-power.com
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