ADP1828 5A評估板：高效DC - DC轉(zhuǎn)換解決方案深度剖析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。今天，我們聚焦于Analog Devices的ADP1828 5A評估板（EVAL - ADP1828LC），深入探討其設(shè)計(jì)、性能及應(yīng)用。

文件下載：ADP1828LC-EVALZ.pdf

評估板概述

ADP1828 5A評估板專為ADP1828同步PWM電壓模式降壓控制器設(shè)計(jì)，用于評估其性能。該評估板輸入范圍為5.5V至13.2V，輸出電壓固定為1.8V，最大負(fù)載電流達(dá)5A。為平衡效率與功率組件尺寸，開關(guān)頻率（fSW）選定為600kHz。

ADP1828器件特性

ADP1828是一款同步PWM電壓模式降壓控制器，驅(qū)動全N溝道功率級，可將輸出電壓調(diào)節(jié)至低至0.6V到輸入電壓的85%，適合處理大尺寸MOSFET，滿足負(fù)載點(diǎn)調(diào)節(jié)器需求。它適用于廣泛的高功率應(yīng)用，如DSP和處理器核心I/O電源，以及電信、醫(yī)療成像、PC、游戲和工業(yè)應(yīng)用中的通用電源。

工作參數(shù)

• 輸入電壓范圍：3V至18V，內(nèi)部LDO在輸入電壓為5.5V至18V時(shí)產(chǎn)生5V輸出。
• 開關(guān)頻率：可通過引腳選擇300kHz或600kHz的固定頻率，也可使用電阻選擇300kHz至600kHz之間的任意頻率，還能同步到最高2倍開關(guān)頻率的外部時(shí)鐘。時(shí)鐘輸出可用于同步ADP1828或其他器件，如ADP1829，無需外部時(shí)鐘源。

保護(hù)功能

具備軟啟動保護(hù)（限制啟動時(shí)輸入電源的浪涌電流）、軟啟動期間預(yù)充電輸出的反向電流保護(hù)、電壓跟蹤、電源良好指示，以及利用外部MOSFET感應(yīng)的可調(diào)無損電流限制方案。該器件采用20引腳QSOP封裝。

組件設(shè)計(jì)

輸入電容

選用陶瓷電容，因其ESR極低（約1mΩ或2mΩ）且紋波電流額定值大。對于6V至13.2V輸入、1.8V輸出且5A負(fù)載的情況，三個(gè)22μF陶瓷電容（22μF/16V/X5R/1210）即可滿足需求。

電感選擇

選用Toko Inc.的1.8μH電感（FDV0630 - 1R8M），這是一款緊湊、低成本的鐵粉芯電感，雖然鐵芯功率損耗較大，但成本低于鐵氧體芯電感。

輸出電容選擇

輸出電壓紋波可通過公式(Delta V{OUT }=Delta I{L} sqrt{ESR^{2}+left(frac{1}{8 f{SW} C{OUT }}right)^{2}+left(4 f{SW} ESLright)^{2}})近似計(jì)算。為實(shí)現(xiàn)快速負(fù)載階躍響應(yīng)和合理的過沖電壓，需計(jì)算最小輸出電容： [C{OUT, min1 }=frac{Delta I{LOAD }^{2} L}{2 V{OUT } Delta V{up }}] [C{OUT, min2 }=frac{Delta I{LOAD }^{2} L}{2left(V{IN}-V{OUT }right) Delta V{down }}] 本設(shè)計(jì)選用多層陶瓷電容（MLCC），因其ESR和ESL極低，輸出紋波主要由體電容決定。選擇兩個(gè)輸出陶瓷電容（100μF/6.3V/X5R/1210和47μF/6.3V/X5R/1206）以滿足5A階躍負(fù)載。需注意，陶瓷電容的有效電容會隨偏置電壓增加而減小。

MOSFET選擇

• 高端MOSFET：選擇具有快速上升和下降時(shí)間、低輸入電容的器件，對于低占空比電路尤為重要，可降低開關(guān)損耗。
• 低端MOSFET：選擇低RDSON的器件，開關(guān)速度不是關(guān)鍵因素，因?yàn)榈投薓OSFET無開關(guān)損耗，僅在死區(qū)時(shí)間內(nèi)體二極管有少量功率損耗。 本評估板選用Vishay的PowerPAK? SO - 8封裝雙FET（Si7958DP），其熱阻低，可處理5A輸出。對于輸出電流小于3A的情況，標(biāo)準(zhǔn)SO - 8封裝雙FET通常足夠。

軟啟動

軟啟動周期由公式(C{SS}=8.015 × t{SS})確定，本設(shè)計(jì)選擇150nF的CSS，實(shí)現(xiàn)19ms的軟啟動周期。

電流限制

外部電流限制電阻可通過公式(R{CL}=frac{left(I{LIMIT}+frac{Delta I{L}}{2}right) R{DSON}-38 mV}{42 mu A})計(jì)算，其中(Delta I{L})可通過(Delta I{L}=frac{V{OUT }(1 - D)}{f{SW} × L})近似計(jì)算。本設(shè)計(jì)中，MOSFET Si7958DP的RDSON為20mΩ（VGS = 4.5V），L為1.8μH，計(jì)算得(Delta I{L})為1.4A。若(I{LIMIT})設(shè)為6.5A，計(jì)算得(R_{CL})為2.88kΩ，選用標(biāo)準(zhǔn)值2.87kΩ。需注意，MOSFET的RDSON會因器件和溫度變化而有較大差異，實(shí)際電流限制可能會有超過50%的變化。

噪聲與過沖抑制

在SW和PGND之間添加RC緩沖器（RSNUB = 3.01Ω，CSNUB = 1.2nF）可降低SW節(jié)點(diǎn)和外部MOSFET漏極的噪聲和振鈴。同時(shí)，可添加?xùn)艠O電阻降低MOSFET漏極的過沖電壓。

補(bǔ)償設(shè)計(jì)

由于所有輸出電容均為低ESR陶瓷電容，本設(shè)計(jì)采用III型補(bǔ)償。評估板的補(bǔ)償值已優(yōu)化： [R{FF}=422 Omega] [C{FF}=1 nF] [R{z}=7.5 k Omega] [C = 3.9 nF] [C{HF}=33 pF] [R{TOP }=20 k Omega] [R{BOT }=10 k Omega]

測試結(jié)果

通過一系列測試，評估板展示了良好的性能：

• 輸出紋波：在不同輸入電壓和負(fù)載條件下，輸出紋波符合設(shè)計(jì)要求。
• 效率：在不同負(fù)載電流下，效率曲線顯示了評估板的高效性能。
• 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：能夠快速響應(yīng)負(fù)載階躍變化，保持輸出電壓穩(wěn)定。
• 線路瞬態(tài)響應(yīng)：在輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓能迅速恢復(fù)穩(wěn)定。

評估板操作說明

操作評估板時(shí)，需按照以下步驟進(jìn)行：

1. 連接跳線JP3至導(dǎo)通位置，啟用ADP1828。
2. 不連接跳線J7（VIN至VREG）。
3. 連接跳線JP2（FREQ）至600kHz位置。
4. 若不使用SYNC功能，連接跳線J8（SYNC）至GND；若使用SYNC功能，將SYNC連接到外部時(shí)鐘或另一個(gè)ADP1828的CLKOUT。
5. 連接跳線JP1（CLKSET）至高電平，設(shè)置CLKOUT為內(nèi)部振蕩器頻率的2倍且與振蕩器同相；或連接至低電平，設(shè)置CLKOUT為振蕩器頻率的1倍且與振蕩器反相。
6. 將輸入電源正極連接到輸入端子J3。
7. 將負(fù)載連接到輸出端子J1。

總結(jié)

ADP1828 5A評估板為工程師提供了一個(gè)全面的平臺，用于評估ADP1828降壓控制器的性能。通過合理的組件選擇和設(shè)計(jì)，該評估板在效率、負(fù)載響應(yīng)和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可根據(jù)具體需求調(diào)整組件參數(shù)，以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。大家在使用這款評估板時(shí)，是否也遇到過一些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。