ADP1851-EVALZ評估板：設計與應用解析

引言

作為電子工程師，在電源設計領域，選擇合適的評估板和電源控制器至關重要。ADP1851-EVALZ評估板就是一款值得深入研究的產品，它為ADP1851降壓DC - DC控制器的評估提供了便利。接下來，我們就來詳細了解這款評估板的特點、設計以及相關測試。

文件下載：ADP1851-EVALZ.pdf

評估板特點

電氣參數(shù)特性

• 輸入輸出范圍：輸入電壓范圍為9V至15V，輸出電壓固定為1.8V，最大輸出電流可達25A。這樣的參數(shù)范圍能夠滿足很多電子設備的供電需求。
• 開關頻率：開關頻率設定為600kHz，有助于實現(xiàn)高效率的電源轉換。而且，該頻率還可以與施加到SYNC輸入的外部時鐘信號同步，增加了設計的靈活性。
• 工作模式：支持PWM（脈沖寬度調制）和PSM（脈沖跳躍模式）兩種工作模式，可根據(jù)負載情況靈活選擇，以實現(xiàn)不同負載下的高效運行。

設計優(yōu)勢

• 功能評估：專門為評估ADP1851的功能而設計，能讓工程師快速了解該控制器的性能。
• 可配置性：具有靈活且易于重新配置和修改的特點，方便工程師根據(jù)實際需求進行調整。

ADP1851控制器介紹

功能集成

ADP1851是一款降壓開關控制器，集成了用于N溝道同步功率MOSFET的驅動器。同時，還集成了升壓二極管，降低了整體系統(tǒng)成本和元件數(shù)量。

保護與控制功能

• 軟啟動：具備外部可調的軟啟動功能，可避免電源啟動時的電流沖擊。
• 過壓保護：輸出過壓保護功能保障了電源輸出的穩(wěn)定性和安全性。
• 電流限制：外部可編程的電流限制功能，能根據(jù)實際應用調整最大輸出電流。
• 電源良好輸出：通過POWER GOOD輸出信號，可方便地監(jiān)測電源的工作狀態(tài)。
• 可編程振蕩器頻率：振蕩器頻率范圍從200kHz到1.5MHz，可根據(jù)不同應用需求進行調整。

電壓精度與封裝

• 電壓精度：在-40°C至+125°C的結溫范圍內，參考電壓精度為±1%，保證了電源輸出的穩(wěn)定性。
• 封裝形式：采用16引腳4mm×4mm的LFCSP封裝，體積小巧，適合多種應用場景。

組件設計

ADIsimPower設計工具

ADP1851得到了ADIsimPower?設計工具集的支持。該工具集能根據(jù)特定設計目標生成完整的電源設計方案，包括原理圖、物料清單，并能在幾分鐘內計算出性能。用戶還可以通過該工具請求未組裝的電路板，方便進行定制化設計。

電感選擇

選用了Coilcraft SER1408 - 301ME電感，電感值為0.3μH，飽和電流為53A。這種屏蔽電感采用扁平線繞組磁芯，典型DCR（直流電阻）僅為0.5mΩ，能有效降低功率損耗。

電容選擇

• 輸入電容：靠近高端功率MOSFET處選擇了10μF的多層陶瓷電容（MLCC），因其具有低ESR（等效串聯(lián)電阻）和高輸入電流額定值。同時，還選用了Sanyo的150μF的OS - CON?電容（鋁固體導電聚合物電容），用于濾除輸入電源中的低頻噪聲。
• 輸出電容：輸出端采用330μF的POSCAP?聚合物電容和47μF的MLCC并聯(lián)的方式。聚合物電容具有低ESR和高電流紋波額定值，兩者并聯(lián)能有效降低電壓紋波。

MOSFET選擇

• 高端MOSFET：選擇了Infineon的兩個BSC052N03LS，采用PG - TDSON - 8封裝。它們具有低輸入電容（典型值770pF）和快速的過渡時間（典型導通延遲為2.4ns），能減少充電和開關功率損耗。
• 低端MOSFET：選用了Infineon的兩個BSC090NS，在VGS為4.5V時，RDSON最大為3.5mΩ。由于在開關周期中大部分時間導通電流，低RDSON能有效降低傳導損耗。

測試結果

效率測試

在TA = 25°C、VN = 12V、VOUT = 1.8V、fOSC = 600kHz的條件下，測試了不同負載下的效率。從測試結果可以看出，在不同負載情況下，PWM和PSM模式的效率表現(xiàn)有所不同，工程師可以根據(jù)實際負載情況選擇合適的工作模式。

調節(jié)特性測試

• 線性調節(jié)：在VOUT = 1.8V、fsw = 600kHz、25A負載的條件下，測試了輸入電壓在9V至15V范圍內的線性調節(jié)特性。結果顯示，輸入電壓變化時，輸出電壓的波動在一定范圍內，保證了電源的穩(wěn)定性。
• 負載調節(jié)：在Vin = 12V、VOUT = 1.8V、fSW = 600kHz的條件下，測試了不同負載電流下的負載調節(jié)特性。負載電流變化時，輸出電壓的偏差也在可接受范圍內。

波形與瞬態(tài)響應測試

• 開關波形：測試了輕負載（1.5A）和25A負載下的開關波形，直觀地展示了不同負載下的開關特性。
• 瞬態(tài)響應：測試了20A到10A負載階躍時的VOUT瞬態(tài)響應，結果表明電源能夠快速響應負載變化，保持輸出電壓的穩(wěn)定。

評估板操作說明

跳線設置

• JP1（FRQ）：將跳線連接到高位，使開關頻率為600kHz。
• JP2（EN）：初始將跳線連接到低位（禁用），待連接電源后，再連接到高位以啟用ADP1851。
• JP4（TRK）：移除跳線以實現(xiàn)軟啟動操作。
• JP5（SYNC）：將跳線連接到高位進行PWM操作，連接到低位進行輕負載下的脈沖跳躍操作。

電源連接

將電源連接到評估板的輸入端子VIN +和GND，并施加12V電壓。

PCB布局與其他信息

PCB布局特點

評估板的布局并非以最小PCB面積為優(yōu)化目標，而是便于使用手工烙鐵對任何組件進行拆卸和更換，方便用戶在不獲取新PCB布局的情況下修改現(xiàn)有設計。補償組件采用0603尺寸，便于手工焊接。

功能擴展

用戶可以根據(jù)需要移除或更換功率組件，如輸出濾波電容、高低端MOSFET、輸入電容和電感等，以實現(xiàn)特定的設計目標。若需要跟蹤功能，可以移除電容C6，放置電阻分壓器（R8/R9），并短接JP4（TRK）。若要研究精確使能功能，可移除JP2上的跳線，并向TP2 EN施加外部電壓。若要編程更高的UVLO閾值，可放置所需的電阻分壓器（R3/R5）。

總結

ADP1851-EVALZ評估板為ADP1851降壓DC - DC控制器的評估提供了一個全面的平臺。通過詳細了解其特點、組件設計、測試結果和操作說明，工程師可以更好地利用該評估板進行電源設計和優(yōu)化。在實際應用中，我們可以根據(jù)具體需求靈活調整組件和參數(shù)，以滿足不同設備的供電要求。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。