探索ADP2114評(píng)估板：多功能DC - DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)用指南

在電子工程師的日常工作中，找到一款合適的DC - DC轉(zhuǎn)換器評(píng)估板至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下Analog Devices推出的ADP2114評(píng)估板（EVAL - ADP2114），看看它有哪些特點(diǎn)、如何使用以及如何進(jìn)行性能評(píng)估和配置修改。

文件下載：ADP2114-2PH-EVALZ.pdf

1. 評(píng)估板概述

1.1 特點(diǎn)

ADP2114評(píng)估板是一款功能齊全的演示板，專為ADP2114設(shè)計(jì)。它具有獨(dú)立運(yùn)行能力，是一款可配置的雙同步降壓DC - DC開關(guān)穩(wěn)壓器。其輸出模式靈活，可實(shí)現(xiàn)雙2A/2A或3A/1A輸出，也能組合成單4A輸出。輸入電壓范圍為2.75V至5.5V，輸出電壓可選固定值（0.8V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V）或可調(diào)至最低0.6V。開關(guān)頻率可在300kHz、600kHz、1.2MHz中選擇，也能從200kHz至2MHz進(jìn)行同步。此外，它還具備可配置的SYNC輸入或CLOCKOUT輸出、兩個(gè)獨(dú)立的使能輸入和兩個(gè)電源良好輸出，尺寸為3 - 7/16英寸×2 - 5/8英寸。

1.2 應(yīng)用

該評(píng)估板主要用于演示ADP2114的功能和可配置性，在用戶電路中模擬ADP2114的功能，以及評(píng)估ADP2114的性能。

1.3 版本

ADP2114評(píng)估板有兩個(gè)版本：ADP2114 - EVALZ，輸出為3.3V@2A和1.8V@2A，開關(guān)頻率設(shè)為600kHz，啟用脈沖跳過模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，單路交錯(cuò)輸出1.2V@4A，開關(guān)頻率設(shè)為1.2MHz，采用強(qiáng)制PWM模式。環(huán)境溫度工作范圍為 - 40°C至 + 85°C。

2. 使用評(píng)估板

2.1 上電操作

評(píng)估板已完全組裝并經(jīng)過測(cè)試。上電前，需確保電源電壓不超過ADP2114的最大工作輸入電壓5.5V。將電源負(fù)極連接到評(píng)估板的J2（GND）插孔，正極連接到J1（VIN +）插孔。連接負(fù)載時(shí)，要確保輸出電壓不超過負(fù)載的最大工作電壓范圍。對(duì)于通道1，將負(fù)載負(fù)極連接到J4（GND1），正極連接到J3（+ VOUT1）；對(duì)于通道2，將負(fù)載負(fù)極連接到J5（GND2），正極連接到J6（+ VOUT2）。在單路交錯(cuò)輸出配置中，通過焊接Link CB3將通道1和通道2的輸出短路在一起，負(fù)載負(fù)極可連接到J4（GND1）或J5（GND2），正極可連接到J3（+ VOUT1）或J6（+ VOUT2）。

2.2 使能和禁用DC - DC轉(zhuǎn)換器

HEADER3 EN1用于控制通道1，可通過將中間引腳短接到VIN +（開啟位置）或施加2.0V至5.5V的直流電壓來(lái)啟用通道1；將中間引腳短接到GND（關(guān)閉位置）或施加低于0.8V的正直流電壓來(lái)禁用通道1。HEADER3 EN2用于控制通道2，操作方法與通道1相同。在單路交錯(cuò)輸出配置中，EN1和EN2信號(hào)在Circuit Breaker CB1處連接在一起，可使用HEADER3 EN1或EN2同時(shí)啟用和禁用通道1和通道2。

2.3 輸入和輸出電壓測(cè)量

測(cè)量輸入電壓 (V{IN}) 時(shí)，將電壓表負(fù)極探針連接到評(píng)估板的T2（GND）端子，正極探針連接到T1（VIN +）。測(cè)量通道1的輸出電壓 (V{OUT1}) 時(shí)，將負(fù)極探針連接到T4（GND1），正極探針連接到T3；測(cè)量通道2的輸出電壓 (V{OUT2}) 時(shí)，將負(fù)極探針連接到T5（GND2），正極探針連接到T6。在單路交錯(cuò)輸出配置中，測(cè)量輸出電壓 (V{OUT}) 時(shí)，將負(fù)極探針連接到T7（GND），正極探針可連接到T3或T6。

2.4 外部同步

要將DC - DC轉(zhuǎn)換器同步到外部時(shí)鐘信號(hào)，需將HEADER3 SCFG的中間引腳短接到GND，將ADP2114的（SYNC/CLKOUT）引腳配置為輸入。然后將外部時(shí)鐘信號(hào)施加到測(cè)試點(diǎn)TP1 SYNC/CLKOUT，時(shí)鐘信號(hào)的邏輯高電平范圍為2.0V至輸入電源電壓 (V{IN}) ，邏輯低電平低于0.8V，外部時(shí)鐘脈沖寬度應(yīng)大于100ns，頻率 (f{SYNC}) 等于目標(biāo)PWM開關(guān)頻率 (f{SW}) 的兩倍。對(duì)于ADP2114 - EVALZ板，外部時(shí)鐘頻率 (f{SYNC}) 應(yīng)在800kHz至2MHz范圍內(nèi)；對(duì)于ADP2114 - 2PH - EVALZ板， (f_{SYNC}) 應(yīng)在1.6MHz至4MHz范圍內(nèi)。

2.5 內(nèi)部時(shí)鐘輸出

將HEADER3 SCFG的中間引腳短接到VIN +，可使ADP2114的內(nèi)部時(shí)鐘在測(cè)試點(diǎn)TP1（SYNC/CLKOUT）可用。內(nèi)部時(shí)鐘頻率 (f{CLKOUT}) 是轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率 (f{sw}) 的兩倍，且相位偏移90°。

2.6 PGOOD1和PGOOD2信號(hào)

當(dāng)通道1啟用且輸出電壓 (V{OUT1}) 在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)試點(diǎn)PGOOD1的邏輯信號(hào)為高；當(dāng)通道2啟用且輸出電壓 (V{OUT2}) 在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)試點(diǎn)PGOOD2的邏輯信號(hào)也為高。在單路雙相交錯(cuò)輸出配置中，PGOOD1和PGOOD2信號(hào)在Circuit Breaker CB2處連接在一起，可使用測(cè)試點(diǎn)PGOOD1或PGOOD2監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換器輸出電壓 (V_{OUT}) 是否在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

3. 評(píng)估DC - DC轉(zhuǎn)換器性能

3.1 開關(guān)波形觀察

使用示波器觀察開關(guān)波形時(shí)，將探頭尖端放在與ADP2114的SWx引腳相連的電感L1（通道2為L(zhǎng)2）末端，探頭接地連接到GND。

3.2 輸出電壓紋波觀察

觀察輸出電壓紋波時(shí)，將示波器探頭尖端放在轉(zhuǎn)換器輸出端（通道1為T3，通道2為T6），探頭接地引線連接到T7（GND），示波器輸入應(yīng)設(shè)置為交流耦合。

3.3 效率測(cè)量

效率 (η) 通過比較轉(zhuǎn)換器的測(cè)量輸入功率和測(cè)量輸出功率來(lái)計(jì)算，公式為 (η=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN} × I{IN}}) 。

3.4 線路調(diào)節(jié)測(cè)量

通過改變輸入電壓并測(cè)量輸出電壓的變化來(lái)測(cè)量線路調(diào)節(jié)。

3.5 負(fù)載調(diào)節(jié)測(cè)量

通過增加輸出負(fù)載電流并測(cè)量輸出電壓的變化來(lái)測(cè)量負(fù)載調(diào)節(jié)。

3.6 線路瞬態(tài)響應(yīng)觀察

生成階躍輸入電壓（ (V{IN}) ）變化，使用示波器觀察輸出電壓（通道1為 (V{OUT1}) ，通道2為 (V_{OUT2}) ）的行為。

3.7 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)觀察

在輸出端（通道1為 (V{OUT1}) ，通道2為 (V{OUT2}) ）生成負(fù)載電流瞬變，使用示波器觀察輸出電壓響應(yīng)，可使用電流探頭連接在輸出和負(fù)載之間的導(dǎo)線上來(lái)可視化電流瞬變。

4. 修改評(píng)估板配置

4.1 更改操作模式設(shè)置

通過更換配置電阻R14的值，可以改變ADP2114 DC - DC轉(zhuǎn)換器的操作模式。不同的R14值會(huì)設(shè)置每個(gè)通道的電流限制，并啟用或禁用輕載時(shí)向脈沖跳過模式的轉(zhuǎn)換。

4.2 更改輸出電壓

通過更換電阻R15、R16、R17和R18的值，可以更改轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)使用ADP2114的可調(diào)輸出電壓版本時(shí)，輸出電壓 (V{OUT1}) 由電阻分壓器R5/R6設(shè)置， (V{OUT2}) 由電阻分壓器R11/R12設(shè)置。計(jì)算所需電阻值時(shí)，首先要確保分壓器電流 (I_{STRING}) 大于20μA，然后根據(jù)公式計(jì)算底部和頂部電阻的值。同時(shí)，當(dāng)輸出電壓改變時(shí)，為確保穩(wěn)定運(yùn)行，需要重新計(jì)算并更改電感和輸出電容以及補(bǔ)償組件的值。

4.3 更改開關(guān)頻率

通過更換電阻R19的值，可以更改開關(guān)頻率 (f_{SW}) 的設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)開關(guān)頻率改變時(shí)，為確保穩(wěn)定運(yùn)行，需要重新計(jì)算并更改電感、輸出電容和補(bǔ)償組件的值。

4.4 更改軟啟動(dòng)時(shí)間

評(píng)估板上ADP2114的軟啟動(dòng)時(shí)間編程為1ms。要更改軟啟動(dòng)時(shí)間 (t{SS}) ，可根據(jù)公式 (C7[nF]=10 × t{SS}[ms]) （通道1）和 (C9[nF]=10 × t_{SS}[ms]) （通道2）更換電容C7（通道1）或C9（通道2）的值。

4.5 合并兩個(gè)通道為單輸出

對(duì)于單路交錯(cuò)雙相輸出，需要進(jìn)行以下修改：焊接CB3上的橋接短接輸出 + VOUT1和 + VOUT2；短接CB1連接EN1和EN2信號(hào)；短接CB2連接PGOOD1和PGOOD2信號(hào)；短接CB4連接FB1和FB2信號(hào)；短接CB5連接COMP1和COMP2信號(hào)；選擇R15 = R17和R16 = R18設(shè)置相同的輸出電壓；將R14設(shè)置為4.7kΩ選擇并設(shè)置操作模式為2A/2A、強(qiáng)制PWM配置。ADP2114 - 2PH - EVALZ版本已配置為交錯(cuò)雙相單輸出，1.2V@4A，1.2MHz開關(guān)頻率和強(qiáng)制PWM模式。

5. 典型性能特性和Bode圖

文檔中提供了評(píng)估板在不同條件下的典型性能特性圖，包括效率與負(fù)載、線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、開關(guān)波形、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和軟啟動(dòng)等方面的曲線。同時(shí)，還給出了通道1和通道2的Bode圖，展示了幅度和相位隨頻率的變化，以及交叉頻率和相位裕度等信息。

6. 訂購(gòu)信息

ADP2114評(píng)估板有兩個(gè)型號(hào)可供選擇：ADP2114 - EVALZ，雙輸出，3.3V@2A和1.8V@2A，600kHz開關(guān)頻率，啟用脈沖跳過模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，單輸出，雙相交錯(cuò)，1.2V@4A，1.2MHz開關(guān)頻率，強(qiáng)制PWM模式。此外，文檔還提供了兩個(gè)版本評(píng)估板的物料清單，包括每個(gè)元件的數(shù)量、參考編號(hào)、描述、制造商和零件編號(hào)。

在使用評(píng)估板時(shí)，工程師們還需要注意ESD（靜電放電）問題，因?yàn)楦吣芰縀SD可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。希望這篇文章能幫助電子工程師們更好地了解和使用ADP2114評(píng)估板，大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到問題，不妨在評(píng)論區(qū)分享交流。