DC-DC升压芯⽚MP9185
⼀、芯⽚特性
MP9185是⼀款固定频率600kHz，宽输⼊范围，⾼度集成的升压转换器。 MP9185从低⾄2.7V的输⼊电压开始，通过集成低R DS（ON）功率MOSFET的1节电池⽀持⾼达30W的负载功率。MP9185采⽤恒定关断时间（COT）控制拓扑结构，可提供快速瞬态响应。 MODE⽀持在轻载条件下选择脉冲跳跃模式（PSM），强制连续导通模式（FCCM）和超声波模式（USM）。
全⾯的保护功能包括可编程输⼊⽋压锁定（UVLO）和过温保护（OTP）。
⼆、电⽓特性
1.电源
①启动输⼊电压 2.7v--13v。
②⼯作输⼊电压 0.8v--13v。
③VDD⼯作电压 2.3v--3.4v。
2.使能控制
①使能引脚低电平 < 0.4v、⾼电平 > 1.0v，开启电压1.23v。
②使能响应时间 180μs。
3.升压电源
电源电压 > 3.3v 才能开启升压。
4.电流限制
5.保护电压
输出保护电压16.5v，解除保护电压0.2v。
6.过温保护
芯⽚温度超过150°C时保护，解除保护温度25°C。
三、芯⽚内部框图
Q1 = LS_FET Q2 = HS_FET
四、应⽤信息
1.升压模式
①强制连续传导（FCCM）模式
如果MODE设置为⾼电平（> 1.6V），MP9185可在任何负载条件下以固定频率PWM模式⼯作。
在这种情况下，关断时间由内部电路决定，以达到基于VIN / VOUT⽐率的600kHz频率。 当负载降低时，平均输⼊电流下降，并且在关断时间（LS-FET关闭且HS-FET导通）期间，从VOUT⾄VIN的电感电流可能变为负值。 这迫使电感电流以固定频率⼯作在连续导通模式（FCCM）下，产⽣⽐PSM低的输出纹波。 ②脉冲跳跃模式（PSM）
如果MODE电压较低（0.2V <V MODE <0.7V），MP9185在轻载条件下⼯作在PSM模式。
在这种情况下，⼀旦电感电流下降到0A，HS-FET就会关闭，以停⽌从VOUT流向VIN的电流，迫使电感电流⼯作在⾮连续导通模式（DCM）。同时，⼀旦MP9185进⼊DCM，内部关闭时间会变长。关断时间与每个周期中HS-FET的周期成反⽐。在深DCM情况
下，MP9185可降低开关频率并节省功耗。如果V COMP降⾄0.5V PSM阈值，MP9185将停⽌切换以进⼀步降低开关功耗。⼀旦V COMP上升到0.5V以上，开关恢复。开关脉冲在⾮常轻的负载条件下基于V COMP跳过。在轻负载情况下，PSM的效率⽐FCCM⾼很多，但输出纹波可能更⾼，频率可能会下降并产⽣可听噪声。在DCM中，频率较低，并且LS-FET在延长的关断时间内不会导通。如果负载增加并且COMP运⾏时间更长，则关断时间缩短，并且MP9185定期返回到600kHz固定频率，因此该环路可以响应⾼负载电流。
③超声波模式（USM）
为了避免PSM中开关频率低于20kHz的可听噪声，MP9185通过悬空MODE或设置USM范围内的MODE（0.9V <V MODE <1.2V）实现USM。
在USM中，电感电流在DCM中⼯作，当负载降⾄中等⽔平时，频率在PSM中延伸。但是，当COMP下降到0.5V PSM阈值时，切换不会停⽌。即使V COMP低于PSM阈值，LS-FET的导通时间也由COMP控制，除⾮触发最⼩导通时间。如果负载仍在下降，MP9185会继续降低开关频率。⼀旦MP9185检测到LS-FET关闭30μs，它将强制LS-FET导通。这限制了频率，避免了轻载或空载条件下的可听频率。由于23kHz的最⼩频率，USM可能会将更多的能量转换为输出，⽽不是所需的负载，这会导致VOUT升⾼到正常电压设置以上。当VOUT 上升并且V COMP下降时，电感峰值电流也可能下
降。如果V COMP低于⼀个内部钳位电平，则HS-FET零电流检测（ZCD）阈值逐渐调节为⼀个负电平，因此电感器中的能量可以在每个周期内流回VIN。这使输出保持在> 23kHz频率的设定电压。如果V COMP再次上
升，MP9185也可以⼯作在600kHz频率。如果频率⾼于典型的33kHz，则USM具有与PSM相同的效率。如果频率被钳制在典型的
33kHz，USM的功耗⽐PSM更⼤，但USM不会引⼊由PSM中的脉冲引起的可听噪声。
2.最短接通时间和最短关断时间
MP9185在每个周期80ns的状态下将LS-FET置于导通状态，以增强抗噪声能⼒。 这个80ns的最短时间限制了⾼VIN / VOUT⽐率的应⽤。 MP9185还在每个周期中以最⼩的关断时间使LS-FET关闭状态变为空⽩状态。 在最短关断时间内，LS-FET不能导通，最⼩关断时间⾜够短，可将0.8V输⼊转换为14V输出。
3.LS-FET和HS-FET最⼤导通时间
如果电感电流不能在7.5μs的导通时间内触发V COMP，MP9185将关闭LS-FET。 LS-FET关断后，电感电流通过HS-FET，并在关断时间内为VOUT充电。这有助于在重负载瞬态条件下刷新VOUT，最低
频率约为133kHz。
在CCM条件下，HS-FET准时限制在8μs以下。这有助于限制USM中VOUT接近VIN时的最⼤LS-FET关断时间。在USM或重负载PSM 中，如果VIN太接近VOUT，则HS-FET可能会因8μsHS-FET的最⼤导通时间⽽关闭，因为电感电流不能在此8μs限制内下降。 HS-FET 关闭后，LS-FET⽴即通过V COMP进⾏⼀次脉冲控制，HS-FET再次导通。这使得LS-FET以准恒定的最⼩占空⽐⼯作。如果VIN⾜够⾼，则在占空⽐下，VOUT⾼于设置电压。在PSM和轻负载下，IC采⽤普通的PSM逻辑⼯作。当VOUT⾼于设置电压时，IC停⽌⼯作，并在VOUT降⾄设置电压以下时恢复开关。
4.VDD电源
MP9185内部电路由VDD供电。
VDD上需要⼀个不⼩于4.7μF的陶瓷电容。当VIN低于3.4V时，VDD由VIN或VOUT中的较⾼值供电。这使得MP9185即使在低输⼊电压下也能保持低R DS（ON）和⾼效率。当VIN⾼于3.4V时，VDD始终由VIN供电。这会降低VOUT⾄VDD调节器的损耗，因为VOUT始终⾼于VIN。如果VDD由外部电源供电，并且电压⾼于3.4V，则VIN和VOUT的稳压器将被禁⽤。在这种情况下，即使VIN低⾄0.9V，⼀旦外部VDD电源⾼于VDD UVLO，MP9185就会启动。当VDD由外部电源供电时，MP9185继续⼯作，即使VIN和VOUT均下降但⾼于
0.8V。外部VDD电源应限制在3.6V以内。
有⼀个反向阻断电路来限制VIN和VOUT之间的电流。如果外部VDD电源⾼于VDD调节电压，则电源由外部电源供电，并且电流从VDD到VIN或从VDD到VOUT没有路径。当VIN⾼于约0.9时，VDD被充电V和EN⾼于微功率阈值。如果EN为低电平，则VDD从VIN和VOUT断开。在VIN启动期间⽤VIN⾼于2.7V的电源电压来提供⾜够的VDD电源电压。
5.启动电压
当MP9185输⼊通电时，它开始从VIN充电VDD。⼀旦VDD上升到其UVLO门限以上并且EN处于⾼电平，MP9185将开始进⾏闭环控制切换。如果VDD由附加电源供电，则MP9185在VDD上升到⽋压锁定（UVLO）阈值以上时开始切换。
IC启⽤后，MP9185以软启动（SS）控制启动。 SS信号通过从0V对SS充电并与内部参考电压进⾏⽐较来控制。较低的值被馈送到误差放⼤器以控制输出电压。 SS信号上升到参考电压以上后，软启动完成，内部参考负责反馈回路调节。如果在PSM期间VOUT上存在⼀些偏置电压，MP9185将停⽌切换，直到SS信号上升到V FB以上，这与VOUT偏置电压成正⽐。如果IC采⽤USM或FCCM，则MP9185的⼯作频率约为33kHz或600kHz。 USM和FCCM都有⼀个负电感电流，所以如果VOUT偏置很⾼，能量可能会从VOUT转移到VIN。
6.同步整流器和BST功能
MP9185集成了LS-FET Q1和HS-FET Q2，以减少外部组件损耗。 在开关期间，整流器开关Q2由BST供电（典型值⾼于SW电压
3.4V）。 当LS-FET导通时，该3.4V⾃举电压由VDD充电。
7.开关电流限制
MP9185提供固定的逐周期开关峰值电流限制。 在每个周期内，⼀旦检测到的电流达到典型的21.5A电流限制，内部电流感应电路监视
LS-FET电流信号，LS-FET Q1关闭，LS-FET电流信号在内部消隐⼤约80ns从⽽增强抗噪声能⼒。
8.使能（EN）和可编程UVLO
EN启⽤和禁⽤MP9185。
当施加⾼于EN⾼门限（1V最⼤门限）的电压时，MP9185将启动⼀些内部电路（微功耗模式）。 如果EN电压超过导通阈值
（1.23V），MP9185将启⽤所有功能并开始升压操作。 当EN电压降⾄其导通阈值（1.23V）以下时，升压切换禁⽤。 要完全关断
MP9185，EN上需要⼀个<0.4V的低电平电压。 关断后，MP9185从输⼊功率吸收电流（典型值⼩于2μA）。 EN兼容⾼达13V的电压。 为了⾃动启动，直接将EN连接到VIN。 MP9185具有可编程的UVLO迟滞。 在微功耗模式下上电时，EN从上电阻（R TOP）吸收
5μA电流。
VIN必须增加以克服电流下降。 VIN启动阈值由公式（1）确定：
其中V EN-ON是EN电压导通阈值（典型值为1.23V）。 ⼀旦EN电压达到V EN-ON，5μA 灌电流就会关闭，从⽽为VIN下降阈值创建反向滞后，可⽤公式（2）计算：
9.过电压保护（OVP）
如果VOUT检测到过压（典型值）为16.5V阈值，MP9185将⽴即停⽌升压，直到电压降⾄16.3V。 这可以防⽌输出和内部功率MOSFET 的过压。
10.热保护
热关断功能可防⽌IC在极⾼的温度下⼯作。 当芯⽚温度超过150°C时，芯⽚关闭并在芯⽚温度降⾄25°C时恢复正常⼯作。
五、应⽤参数
1.设置输出电压
外部电阻分压器⽤于设置输出电压。通常，选择R1在300 - 800kΩ之间。 然后计算R2：
当V REF为1V时，R1为上拉反馈电阻，R2为下拉反馈电阻。
2.选择输⼊电容
输⼊电容（C1）⽤于维持直流输⼊电压。 建议使⽤低ESR陶瓷电容器。 输⼊电压纹波可⽤公式（4）
估算：
其中f S是开关频率，L是电感值。
3.选择输出电容
升压转换器的输出电流是不连续的，因此需要⼀个输出电容器（C2）将AC电流提供给负载。 为获得最佳性能，建议使⽤低ESR陶瓷电容器。 输出电压纹波可以⽤公式（5）估算：
其中R L是负载电阻的值。强烈建议使⽤带X5R或X7R介质的陶瓷电容，因为ESR较低且温度系数较⼩。
4.选择电感
需要电感来传输输⼊源和输出电容之间的能量。 具有较⼤值的电感会导致较少的纹波电流和较低的峰值电感电流，从⽽降低功率MOSFET 的压⼒。 但是，较⼤值的电感器具有较⼤的物理尺⼨，较⾼的串联电阻和较低的饱和电流。 对于⼤多数设计，电感值可以⽤公式（6）计算：
选择电感纹波电流约为最⼤电感峰值电流的20〜50％。 通常，建议使⽤1.5μH电感。 确保电感在最坏情况下不会饱和。 电感应该有⼀个低串联电阻（DCR）来降低电阻功率损耗。
5.软启动（SS）电容选择
利⽤所需的输出电压上升时间（T RISE），可以使⽤公式（7）计算C SS：
I SS是SS充电电流（7.5μA）。通常，⼤约3ms的上升时间会选择C SS为22nF。
6.VDD电容选择
MP9185集成了⼤约3.4V的VDD电源，通常为内部MOSFET栅极驱动器和内部控制电路供电。 内部稳压器需要⼀个4.7μF或更⾼的陶瓷旁路电容。 不要将外部负载连接到VCC电源。
7.BST电容选择
MP9185使⽤⼀个⾃举电路为输出N沟道MOSFET供电。 电荷泵电源需要⼀个外部⾃举电容。 推荐BS
T和SW之间使⽤0.1μF的陶瓷电容。
8.模式选择
基于MODE设置，MP9185可以⼯作在强制连续导通模式（FCCM），脉冲跳跃模式（PSM）或超声波模式（USM）。 直接将MODE拉⾄VDD以便进⾏FCCM; 浮点模式USM; 将MODE电压从0.2V拉到0.7V，使MP9185⼯作在PSM模式。 如果PSM阈值没有适当的电压，可以使⽤从VDD到GND的电阻分压器。
典型的VDD电压范围是2V⾄3.3V。 将Rup设置为130kΩ，将Rdown设置为20kΩ以实现MODE上的267-450mV电压。当MODE被拉低到1V以下时，⼩于2μA的电流流出MODE。 20kΩR BOT导致40mV MODE电压增加。理想的MODE电压约为307 - 490mV。
9.补偿
