ADP1850DP降壓DC - DC控制器評估板使用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們來深入探討Analog Devices公司的ADP1850DP降壓DC - DC控制器評估板，了解它的特點、設(shè)計、操作以及測試結(jié)果。

文件下載：ADP1850DP-EVALZ.pdf

評估板特點

該評估板具有以下顯著特點：

• 輸入輸出特性：輸入范圍為10 V至15 V，輸出電壓為1.09 V，最大輸出電流可達(dá)50 A。
• 開關(guān)頻率：開關(guān)頻率為300 kHz，在效率和功率組件尺寸之間取得了良好的平衡。
• 工作模式：以PWM模式運行，具有緊湊、低成本和高效的設(shè)計。

ADP1850器件介紹

ADP1850是一款雙通道降壓開關(guān)控制器，集成了用于外部N溝道同步功率MOSFET的驅(qū)動器。

• 雙相PWM操作：兩個PWM輸出相移180°，可降低輸入RMS紋波電流，減少所需的輸入電容。兩個輸出可組合用于雙相PWM操作，輸出電流超過50 A，且兩個通道的內(nèi)部參數(shù)針對電流共享進(jìn)行了優(yōu)化。
• 集成功能：集成了升壓二極管，降低了整體系統(tǒng)成本和組件數(shù)量。
• 工作模式選擇：可設(shè)置為脈沖跳過、輕載高效模式或PWM連續(xù)導(dǎo)通模式。
• 保護與控制功能：包括外部可調(diào)軟啟動、輸出過壓保護、外部可調(diào)電流限制、電源良好、跟蹤功能以及可編程振蕩器頻率（范圍從200 kHz到1.5 MHz）。
• 輸出電壓精度：在 - 40°C至 + 85°C溫度范圍內(nèi)，輸出電壓精度為±0.85%；在 - 40°C至 + 125°C結(jié)溫范圍內(nèi)，為±1.5%。
• 供電與封裝：可由2.75 V至20 V電源供電，采用32引腳5 mm × 5 mm LFCSP封裝。

組件設(shè)計

電感選擇

選用了Würth Elektronik的744355147電感，其電感值為0.47 μH，飽和電流額定值為50 A，平均電流額定值為30 A。該電感采用鐵合金磁芯，具有低直流電阻（(R_{DC})）和低磁芯損耗的高性能特點。替代方案可以是Coilcraft的SER1408 - 301M（300 nH，飽和電流和平均電流額定值約為40 A）。如果需要更高的效率或更低的直流電阻，可以選擇物理尺寸更大但電感值相近的電感。

輸入電容

由于輸入電流紋波要求較大，選擇了四個180 μF/16 V的OS - CON?電容器作為輸入大容量電容。此外，在每個高端MOSFET處使用了一個10 μF/25 V的MLCC去耦電容器。

輸出電容

輸出端共使用了六個560 μF/2.5 V的OS - CON?電容器。這些具有導(dǎo)電聚合物的鋁固體電容器具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）和高電流紋波額定值。另外，添加了四個47 μF的MLCC用于濾除高頻電壓紋波。

MOSFET選擇

• 高端MOSFET：對于低輸出或低占空比情況，選擇具有快速上升和下降時間以及低輸入電容的高端MOSFET，以最小化充電和開關(guān)功率損耗。每個通道的高端MOSFET選用了Infineon Technologies的兩個并聯(lián)的BSC080N03LS，采用PGTDSON - 8或Super - SO8封裝，其輸入電容為1.2 nF，過渡時間為3 ns。
• 低端MOSFET：同步整流器（低端MOSFET）選擇具有低導(dǎo)通電阻（(R{DSON})）的MOSFET，因為開關(guān)速度不是關(guān)鍵因素，且低端MOSFET沒有開關(guān)功率損耗。選用了兩個并聯(lián)的BSC030N03LS，在(V{GS})為4.5 V時，(R_{DSON})為4.7 mΩ。

測試結(jié)果

效率測試

在環(huán)境溫度(T{A}=25^{circ}C)，輸入電壓(V{IN}=12V)，輸出電壓(V{OUT}=1.09V)，開關(guān)頻率(f{SW}=300kHz)的條件下，測試了不同負(fù)載電流下的效率。從測試曲線可以看出，隨著負(fù)載電流的增加，效率呈現(xiàn)出一定的變化趨勢。大家可以思考一下，在實際應(yīng)用中，如何根據(jù)負(fù)載情況來優(yōu)化效率呢？

線性調(diào)節(jié)率測試

在開關(guān)頻率(f_{SW}=300kHz)，負(fù)載為25A的條件下，測試了不同輸入電壓下的線性調(diào)節(jié)率。線性調(diào)節(jié)率反映了輸入電壓變化時輸出電壓的穩(wěn)定性。那么，在輸入電壓波動較大的場景中，如何保證輸出電壓的穩(wěn)定呢？

負(fù)載調(diào)節(jié)率測試

在輸入電壓(V{IN}=12V)，開關(guān)頻率(f{SW}=300kHz)，輸出電壓(V_{OUT}=1.09V)的條件下，測試了不同負(fù)載電流下的負(fù)載調(diào)節(jié)率。負(fù)載調(diào)節(jié)率體現(xiàn)了負(fù)載變化時輸出電壓的穩(wěn)定性。當(dāng)負(fù)載快速變化時，如何確保輸出電壓的波動在可接受范圍內(nèi)呢？

輸出紋波和階躍負(fù)載測試

測試了50 A負(fù)載下的輸出紋波以及1A至16A階躍負(fù)載時的輸出響應(yīng)。輸出紋波和階躍負(fù)載響應(yīng)是衡量電源性能的重要指標(biāo)，在實際設(shè)計中，如何降低輸出紋波和提高階躍負(fù)載響應(yīng)速度呢？

評估板操作說明

跳線設(shè)置

• J3（EN）：連接到高電平位置，以啟用ADP1850的通道1和通道2。
• J4（FREQ）：連接到低電平位置，以實現(xiàn)300 kHz的操作。
• J1（SYNC）：連接到高電平位置，以進(jìn)行PWM操作。

電源連接

將輸入電源的正極端子連接到輸入端子T1，輸入范圍為10 V至15 V。

PCB布局信息

該評估板的布局并非針對最小PCB面積進(jìn)行優(yōu)化，而是采用了便于手工焊接的設(shè)計。任何組件都可以使用手工烙鐵輕松拆卸和更換，用戶可以在不獲取新PCB布局的情況下修改現(xiàn)有設(shè)計。補償組件的物理尺寸為0603，便于手工焊接。此外，板上還有額外的輸入大容量電容、輸出濾波電容和MOSFET的占位符，用戶可以根據(jù)設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行組件的移除、添加或更改。同時，板上設(shè)置了許多測試點，方便用戶使用示波器評估ADP1850的性能。

訂購信息和物料清單

文檔提供了詳細(xì)的訂購信息和物料清單，包括各個組件的數(shù)量、參考設(shè)計編號、描述、制造商和零件編號等。這對于工程師進(jìn)行采購和設(shè)計非常有幫助。

總之，ADP1850DP評估板為工程師提供了一個方便的平臺，用于評估ADP1850降壓DC - DC控制器的性能。通過合理選擇組件和優(yōu)化設(shè)計，工程師可以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理解決方案。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。