ADP1972：電池測試解決方案的降壓/升壓 PWM 控制器

在電子工程領(lǐng)域，電池測試系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到各類電池設(shè)備的質(zhì)量和安全性。今天，我們要深入探討一款專為電池測試解決方案設(shè)計的降壓/升壓 PWM 控制器——ADP1972。

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一、產(chǎn)品特性亮點

1. 寬輸入電壓與集成 LDO

ADP1972 的輸入電壓范圍為 6 V 至 60 V，這使其能夠適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。同時，片內(nèi)集成了 5 V 低壓差調(diào)節(jié)器，減少了外部元件的使用，簡化了電路設(shè)計。

2. 靈活的工作模式

它具有可選的降壓/升壓模式，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景進(jìn)行靈活配置。在電池充電時作為降壓轉(zhuǎn)換器，在循環(huán)模式下作為升壓轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)電能的回收，提高能源利用率。

3. 出色的 PWM 線性度

在 4.0 V p - p 高幅度 PWM 鋸齒波下，ADP1972 具有出色的 PWM 線性度，能夠提供更穩(wěn)定的輸出。

4. 可編程特性豐富

可調(diào)頻率范圍為 50 kHz 至 300 kHz，帶可調(diào)相移的同步輸出或輸入，可編程最大占空比（最大內(nèi)部占空比可達(dá) 98%），以及可編程軟啟動功能，這些特性使得工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行精確的參數(shù)調(diào)整。

5. 多重保護(hù)機制

具備峰值打嗝限流保護(hù)、輸入電壓 UVLO 保護(hù)和 TSD 保護(hù)等多重保護(hù)功能，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，避免因異常情況對器件造成損壞。

二、工作原理剖析

1. 電源引腳

ADP1972 有兩個電源引腳：VIN 和 VREG。VIN 引腳由 6 V 至 60 V 的外部電源供電，為內(nèi)部 LDO 調(diào)節(jié)器提供電源電壓，需使用 4.7 μF 或更大的陶瓷電容將其旁路至地。VREG 引腳是內(nèi)部 LDO 穩(wěn)壓器的輸出，產(chǎn)生 5 V（典型值）電壓軌，用于偏置控制電路和作為其他引腳的上拉電壓，同時使用 1 μF 陶瓷電容將其旁路至地。當(dāng)輸入電壓超過 50 V 時，需要額外的輸入濾波。

2. EN/關(guān)斷

EN 輸入可啟動或關(guān)閉 ADP1972。當(dāng) EN 電壓小于 1.22 V（典型值）時，器件關(guān)斷，拉低 DL 和 DH；當(dāng) EN 電壓大于 1.25 V（典型值）時，器件使能。此外，該器件還可通過 TSD 事件、UVLO 狀況或 FAULT 引腳指示的外部故障狀況禁用。

3. 欠壓閉鎖 (UVLO)

VIN 引腳內(nèi)置 UVLO 功能，當(dāng) VIN 上升時，UVLO 限制器件啟動，直到 VIN 大于 5.71 V（典型值）；當(dāng) VIN 下降時，如果 VIN 降至 5.34 V（典型值）以下，UVLO 會禁用器件，防止低電壓下的不穩(wěn)定工作和電路受損，且具有大約 370 mV 的遲滯以確保無毛刺啟動。

4. 軟啟動

ADP1972 配有軟啟動電路，當(dāng)利用 EN 引腳使能器件時，VREG 電壓上升到 5 V。當(dāng) VREG 達(dá)到 5 V（典型值）的 90%時，5 μA（典型值）內(nèi)部軟啟動電流開始給軟啟動電容充電，引起 SS 引腳電壓上升。當(dāng) SS 引腳電壓小于 0.52 V（典型值）時，開關(guān)控制保持禁用狀態(tài)；當(dāng)達(dá)到 0.52 V（典型值）時，開關(guān)使能，控制環(huán)路開始調(diào)節(jié)，使輸出電壓線性上升，避免啟動過沖。

5. 工作模式

ADP1972 可以配置為異步升壓器或異步降壓器。將 MODE 引腳拉低 1.05 V（典型值）以下，以升壓配置工作，適用于電池充電應(yīng)用中的電源循環(huán)和放電；將 MODE 引腳拉高 1.20 V（典型值）以上，以降壓配置工作，適用于電池充電。在器件使能時，MODE 引腳的狀態(tài)被鎖存，切換工作模式需關(guān)斷或禁用器件后調(diào)整。

三、應(yīng)用信息詳解

1. 降壓/升壓選擇

通過對 MODE 引腳施加不同的電壓來選擇工作模式。僅當(dāng) ADP1972 通過 EN 引腳關(guān)斷，或因 FAULT 引腳指示的外部故障、TSD 事件、UVLO 狀況而禁用時，才能改變 MODE 引腳的狀態(tài)。

2. 選擇 (R_{S}) 以設(shè)置電流限值

使用公式 (I{PK}(mA)=frac{100 mV}{R{S}}) 來設(shè)置電流限值，降壓和升壓模式下內(nèi)部限流基準(zhǔn)電壓不同，還需要外部電阻 (R{CL}) 來使電流適當(dāng)?shù)仄疲?R{CL}) 值設(shè)置為 20 kΩ。建議使用容差為 1%或更佳的電阻，以確保降壓和升壓兩種工作模式下的峰值電流限值相同。

3. 調(diào)整工作頻率

當(dāng) (V{SCFG} ≥ 4.53 V) 或 SCFG 引腳懸空時，ADP1972 以 FREQ 設(shè)置的頻率工作，SYNC 引腳輸出設(shè)定頻率的時鐘；當(dāng) (V{SCFG} ≤ 0.5 V) 時，SYNC 引腳配置為輸入，ADP1972 與外部時鐘同步；當(dāng) (0.65 V < V{SCPG} < 4.25 V) 時，ADP1972 與外部時鐘的相移版本同步。需根據(jù)主從器件的不同精心選擇 (R{FREQ})。

4. 最大占空比編程

ADP1972 設(shè)計的內(nèi)部最大占空比為 98%（典型值）。通過在 DMAX 和地之間連接一個電阻，可將最大占空比設(shè)置為 0%到 98%之間的任意值，計算公式為 (D{MAX}(%)=frac{21.5 × V{FREQ} × R{DMAX}}{R{FREQ}} - 10.5)。如果設(shè)置值大于 98%，則默認(rèn)使用內(nèi)部最大值。

5. 調(diào)整軟啟動周期

ADP1972 具有可編程軟啟動特性，使用公式 (t{REG}=frac{0.52}{I{SS}} × C{SS}) 計算切換使能前的延遲時間，其中 (I{SS}=5 mu A)（典型值）。若不使用 (C_{SS}) 電容，啟動時系統(tǒng)可能產(chǎn)生很大的輸出過沖和峰值電感尖峰。

四、PCB 布局指南

1. SYNC 引腳走線

構(gòu)建含主器件和多個從器件的系統(tǒng)時，要使 SYNC 引腳相關(guān)的走線電容最小。對于小型系統(tǒng)，可在主器件 SYNC 信號和從器件 SYNC 輸入引腳之間串聯(lián)電阻；對于大型應(yīng)用，使用外部緩沖器來降低走線電容。

2. 電源電容放置

VIN 和 VREG 的低 ESR 輸入電源電容應(yīng)盡可能靠近相應(yīng)的引腳，以減小從電路板寄生電感注入器件的噪聲。

3. 元件布局

用于 SCFG、FREQ、DMAX 和 SS 引腳的元件應(yīng)靠近相應(yīng)引腳放置，并統(tǒng)一連接到 AGND 層，與 GND 引腳形成開爾文連接。

4. 走線注意事項

COMP 引腳到配套器件的走線應(yīng)盡可能短，避免在開關(guān)信號附近布設(shè)，可能時應(yīng)予以屏蔽。SYNC 引腳的走線或元件應(yīng)遠(yuǎn)離敏感模擬節(jié)點，使用外部上拉時，上拉電阻的電源和 GND 之間最好使用一個本地 0.1 μF 旁路電容。從 DH 和 DL 引腳到外部元件的走線應(yīng)盡量短，以減小寄生電感和電容，避免影響控制信號。

5. 接地連接

ADP1972 的接地應(yīng)直接與電流檢測電阻 (R{S}) 的接地相連，通過一個 20 kΩ 電阻將 CL 直接連到 (R{S})。采用開爾文連接，確保 GND 引腳和 (GND_{SENSE}) 引腳之間的電壓差不超過 ± 0.3 V。

總的來說，ADP1972 憑借其豐富的特性、靈活的工作模式和多重保護(hù)機制，為電池測試解決方案提供了一個可靠且高效的選擇。在實際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求，合理配置其參數(shù)，并遵循 PCB 布局指南，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似的 PWM 控制器時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。