电池升压 5V9V12V24V36V42V，电流 2A3A5A10A 大功率方案:FP5207XR-G1

李13691661579

FP5207 是非同步升压控制 IC，透过 EXT Pin 控制外部 NMOS，输入低启动电压 2.8V 与宽工作电压 5V~24V，
单节锂电池 3V~4.2V 应用，将 Vout 接到 HVDD Pin；精准的反馈电压 1.2V，内置软启动，工作频率由外部电阻调整；过电流保护，检测电感峰值电流，检测电阻 Rcs 接在开关 NMOS Source 端与地之间。
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8 @7 N) h- U& Z' b/ S! ^) t( z特色
➢ 启动电压 2.8V
➢ 工作电压范围 5V~24V
7 y' P' G; [* R: v➢ 反馈电压 1.2V (±2%)
➢ 关机耗电流小于 3μA
➢ 可调工作频率 100kHz~1000kHz
/ n6 }; v- |- V# ^➢ 内置软启动
7 E3 S# K7 Z% ?5 T  L. j➢ 输入低电压保护(UVP)
3 c: d7 k4 ]  `. G- h. d1 o) u➢ 可调过电流保护(OCP)
, D; b* b0 I# ~: K% \+ V➢ 过温保护(OTP)
; u/ a: t) m( ?, h1 h+ \➢ 封装 SOP-8L(EP)

应用范围
➢ 蓝牙音响
/ p+ x- ^; Y( _5 `$ E6 Z7 G* y/ y➢ 充电器
# l% `5 F) g( @+ w  x0 J➢ 移动电源
5 K+ N: a8 ~: w* R: n➢ 携带式产品

8 S; h' l+ a/ P6 _! w% k6 ~: |# wIC 内部方块图
$ Z/ Q& }) J! J  o2 B% v: e6 u

' O+ ^+ F) b1 r% d) J9 z5 ?, ePIN 脚描述
" ~3 U4 _& u2 H8 e* `SOP-8L (EP)

" c" n  L1 H9 [' T" ]特性曲线
: z! g+ _# D/ @/ [' y(环境温度 25°C)应用电路图

应用电路图
5 _0 Y+ [$ ^0 M  }: q) A

应用元件

➢ C1、C7：输入与输出稳压电容。

% F7 U( A  Q( @4 r➢ C2、C6、C8：高频噪声滤波电容。
➢ C3：输入电源接 HVDD 经过内部稳压管到 VDS 产生 8V，此电压会提供内部电路与 EXT Pin驱动外部 Q2 的闸极，需要加稳压电容。
➢ C4、C5、C13、R1、R5：系统的补偿回路，关系到系统的稳定度。
- Z, \# [6 P5 _  _➢ L1：电感具有储能与滤波功用，感值越大电感涟波越小，相对感值越小涟波越大。选用电感
# M5 x) P# L4 @7 ?需注意电感是否适合高频操作，及电感额定饱和电流值。
➢ D1：当 Q2 截止时，D1 萧特基管导通提供电感放电回路。
5 }5 v! {. b8 ~) L➢ Q2：使用内阻低的 NMOS，Drain 端高电压等于输出 19V，耐压选用 19V 的 1.5 倍。
. Z) D3 c" p) E5 }➢ R3：Vin 与 EN 之间接 200kΩ，自动启动 IC。
& A& k3 S! o/ u) S5 s3 q➢ R6：调整工作频率电阻。
0 f2 @6 L- _9 p➢ R11、R12：分压电阻设定输出电压。
➢ R8：预留作为 EMI 对策。
➢ Rcs：电感峰值电流检测与过电流保护电阻。

功能说明
a. 软启动
IC 启动时，利用软启动限制 PWM 占空比，让占空比慢慢打开，避免瞬间输入涌浪电流过大。

; s, o$ X  W3 {+ u5 k9 X+ v& Jb. EN 开关控制
! s5 E( b& D9 a- o4 }: D- W如下分压电阻 R3、R4 连接 Vin 与 EN，可以调整 FP5207 开启与关闭电压，当 EN 超过 1.5V 开启，EN 低于 1.3V 关闭，迟滞电压 0.2V 可以避免 IC 反覆开关；EN 低于 1.3V 时 EXT PWM 讯号、VDS 电压都会被关闭，HVDD 耗电流小于 3μA；不设定开启与关闭电压，R3 接 200kΩ、 R4 不接，EN 内部拑位电路限制VEN<5.5V，此外 EN Pin 不能空接(悬空)。HVDD 电压低于 5V， 不能使用 R3、R4 控制 EN 开关，例如单节锂电池3V~4.2V，输出端接到 HVDD，当 Vin 降低 EN 关闭，输出不升压，HVDD 趋近 Vin，就会低于 5V。
; `# \6 ~- B" l+ `0 _( p6 Y0 S2 ~

c. 工作频率
RT Pin 与地之间接电阻调整工作频率，频率范围 100kHz ~ 1000kHz，对应电阻 220kΩ ~ 17kΩ；当 RT Pin
不接电阻(悬空)，FP5207 内部预设频率 150kHz，以下是电阻值对应工作频率图与计算公式。
# ^8 z( d+ g8 y# S. g6 x) |

d. 过电流保护
过电流检测电阻 RCS 连接 Q2 Source 端与地之间，Q2 打开电感电流通过 RCS 产生 VCS，CS检测 VCS 峰值电压，以下公式计算 RCS，0.085V 是 CS 检测电压下限值，ILP 是电感峰值电流，常数 1.3 是提供 30%的误差范围，避免 RCS,电感,频率误差，而误触发过电流保护。当触发过电流保护，EXT 占空比会缩小，限制电感电流，避免 Q2 损伤。
  F* R4 {( d& S

/ E% _% G9 x7 K" [
电感平均电流(输入电流)
4 ?" F$ l8 m( b6 @+ a9 o

7 h9 Q' ?* g- v# P) \9 l0 k/ g
e. 过温保护
当 IC 内部芯片温度达到 150℃时，会将 IC 关闭，等温度降低到 120℃再恢复升压。

应用说明
a. 输入低电压应用
% L$ L' [* T) \  z3 i* i输入电压低于 5V，象是单节锂电池应用，将 HVDD Pin 接到 Vout，如果 Vout=5V~8.5V，可以将 VDS Pin接 Vout；双节锂电池 6V~8.4V，HVDD 接输入，也可以将 VDS 接输入，提高 EXT 驱动 MOS Gate 电压，会提升转换效率；输入高于 8.5V，HVDD 接输入，VDS 不接输入。

b. 电感计算
0 L: z# u; r: R4 ]2 Y

c. 电容与萧特基选用
0 q. Q1 E% J2 Y( ^' H; m! ~MLCC 陶瓷电容选用 X5R,X7R 材质，不建议使用 Y5V 材质(内阻高，电容值随温度变化大)；萧特基选用低导通电压，平均电流大于输入与电感峰值电流，耐压大于输出电压的 1.5 倍。

% X1 |! X% R/ v. Z7 I0 w4 O2 L% {' Vd. 输出电压设定
输出端到 FB 接 R11，FB 到地接 R12，输出电压计算公式如下，1.2V 是 FB 反馈电压。

e. 布板说明

➢ 大电流路径走线要粗，铺铜走线最佳。
➢ 开关切换连接点 L1、Q2 的 Drain 端与 D1，走线要短与粗，铺铜走线最佳。
➢ 输入电容 C6 靠近 HVDD 与 GND Pin，达到稳压与滤波功效。
➢ 分压电阻 R11/R12 靠近 FB 与 GND Pin。
➢ FB Pin 远离开关切换点 L1、Q2 的 Drain 与 D1，避免受到干扰。
➢ 输入电容 C1/C2 的地、输出电容 C7/C8 与 Rcs 的地，铺铜走线，上下层地多打洞连接。
- p; u* m6 ^- ^4 h➢ 输出电容 C7/C8 的地一定要靠近 Rcs 的地，可以降低开关切换突波，降低输出高频噪声。
# j( G: H8 a! u) C4 s1 s8 c0 F➢ Rcs 靠近 CS 与 GND pin。
6 l$ G5 F& V4 y+ t, K➢ 板子多余空间建议铺地。

f. EMI 对策
R8 磁珠规格如下，R9 与 C9 两者靠近，且要靠近 Q2 的 Drain 与 Source；R10 与 C10 两者靠近，且要靠近D1；输出 L2 磁珠规格如下；输出电容 C8 的地靠近 Rcs 地。测试条件 Vin=9V、Vout=19V、Iout=3A，如下测试结果垂直低标 7.33dB、水平低标 15.33dB。

8 e. {6 F; L. a# Q5 ~* H磁珠 FI321611U601
' y; `- T9 p% a' N! a

常见问题
, T0 v$ N! K8 Xa. 输出电压不准确
  l7 r! P, |) b  \/ t: c1 {8 L输出电压设定值与应用板测试值差异大，分压电阻 R11,R12 要靠近 FP5207 的 FB 与 GND Pin，
GND Pin 在底部散热片，单层板走线需要特别注意，且要远离 L1,Q2 的 Drain 与 D1 开关切换点。
$ t( g' N, d$ g: t

2 O2 v7 O0 u1 C& p1 Z5 x
( x. u  A  L  ?) Qb. 过电流保护误动作
, B/ L$ V9 x2 n6 j设定过电流保护值与应用板测试值差异大，侦测电阻 RCS 要靠近 FP5207 的 CS 与 GND Pin，GND Pin 在
底部散热片，单层板走线需要特别注意。
7 S+ D6 _/ F( s, }

0 R+ M7 }3 z/ B
' v  b* Q2 J0 O+ u6 N1 P. rc. HVDD 电压低于 5V，不能使用 R3、R4 控制 EN 开关
HVDD 电压低于 5V，不能使用 R3、R4 分压电阻连接 Vin 与 EN，设定 EN 开启与关闭电压，例如单节锂电池输入 3V~4.2V，HVDD 是接输出电压，当 Vin 降低 EN 关闭，输出不升压，HVDD趋近 Vin，就会低于 5V。

2 v' C1 h3 z1 r1 T" C( }
, ~9 R$ a; {$ U  K6 L/ Q+ S# z+ I大瓦数应用范例
0 \: K, K- ^. ?, I+ ?a. 应用板
- x% W( W% s/ x% \- K6 o0 G

) w. _$ P: J3 H, z; q
b. 应用电路
* B) y& U2 o  ^. O

: t9 d, ]2 n4 Q& Qc. 量测数值
Vin=12V、Vout=33V、Iout=6.1A、输出功率 200W (环温 25℃)
工作频率 :115kHz
) e& V" z  @. A/ l转换效率 :95.8%
) g7 o0 H1 X9 m; `输出纹波 :250mV
元件温度 1=71℃、Q1=69℃、Q2=75℃、D1=82℃、D2=78℃、Rcs/Rcs1=81℃
1 ~' u, s6 T. R# Q; V% ]; }4 a) v
" V/ z! y1 e: ld. PCB Layout
( h1 X: D0 }8 c( o, ]

4 S; N1 v1 y5 E# {* x+ p
+ E; W7 X, T2 X3 E4 y: E* d& G2 e
% j/ E* B, `9 w4 @4 b1 _! E
+ G! A5 X% O! B( L$ M

sdsdwwwe22

电感具有储能与滤波功用，感值越大电感涟波越小，相对感值越小涟波越大