ADP2118降壓調(diào)節(jié)器評(píng)估板全面解析

電子工程師在電源管理芯片的選型和應(yīng)用設(shè)計(jì)中，常常需要對(duì)芯片進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試。ADP2118是一款性能出色的降壓調(diào)節(jié)器，其評(píng)估板EVAL - ADP2118為我們提供了便捷的評(píng)估途徑。下面我將結(jié)合ADP2118評(píng)估板的數(shù)據(jù)手冊(cè)，詳細(xì)探討這款調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)、評(píng)估過(guò)程、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及性能優(yōu)化方法。

文件下載：ADP2118-EVALZ.pdf

ADP2118產(chǎn)品概述

ADP2118是一款低靜態(tài)電流、同步降壓型DC - DC調(diào)節(jié)器，采用緊湊的4 mm × 4 mm LFCSP_WQ封裝。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 控制方案：采用電流模式、固定頻率脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方案，具備出色的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)能力。
• 輕載節(jié)能模式：在輕載情況下，可配置為脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式，降低開(kāi)關(guān)頻率以節(jié)省功耗。
• 輸入電壓范圍：支持2.3 V至5.5 V的輸入電壓。
• 集成度高：集成了功率開(kāi)關(guān)、同步整流器和內(nèi)部補(bǔ)償電路，僅需少量外部元件即可實(shí)現(xiàn)高效解決方案。
• 保護(hù)功能：具備欠壓鎖定（UVLO）、集成軟啟動(dòng)、過(guò)壓保護(hù)（OVP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）和熱關(guān)斷（TSD）等豐富的保護(hù)功能。

評(píng)估板硬件及上電操作

跳線設(shè)置

電源連接

• 輸入電源：連接前確保電源關(guān)閉。將電源正極連接到評(píng)估板的VIN終端（J3），負(fù)極連接到GND終端（J6）。若電源無(wú)電流表，需串聯(lián)電流表進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)。
• 輸出負(fù)載：連接負(fù)載前關(guān)閉評(píng)估板。若負(fù)載包含電流表或無(wú)需測(cè)量電流，可直接將負(fù)載正極連接到VOUT終端（J9），負(fù)極連接到GND終端（J12）；若使用電流表，需將其串聯(lián)在負(fù)載電路中。
• 電壓表連接：使用電壓表測(cè)量輸入和輸出電壓時(shí)，要確保電壓表連接到正確的測(cè)試點(diǎn)，避免因引線和連接點(diǎn)的電壓降導(dǎo)致測(cè)量誤差。

上電操作

完成電源和負(fù)載連接后，若輸入電源電壓高于2.3 V，評(píng)估板輸出電壓將升至1.2 V。

評(píng)估板性能測(cè)量

開(kāi)關(guān)波形測(cè)量

使用示波器觀察開(kāi)關(guān)波形，將探頭尖端置于測(cè)試點(diǎn)T4，探頭接地端接GND。設(shè)置示波器為dc，2 V/division，1 μs/division時(shí)基，此時(shí)開(kāi)關(guān)波形應(yīng)在0 V和近似輸入電壓之間交替。

負(fù)載調(diào)整率測(cè)量

通過(guò)增加輸出負(fù)載并測(cè)量T3和T5測(cè)試點(diǎn)之間的輸出電壓來(lái)測(cè)試負(fù)載調(diào)整率。

線性調(diào)整率測(cè)量

在固定輸出電流的情況下，改變輸入電壓并測(cè)量輸出電壓。輸入電壓在T1和T2之間測(cè)量，輸出電壓在T3和T5之間測(cè)量。

效率測(cè)量

效率（η）通過(guò)比較輸入功率和輸出功率來(lái)計(jì)算，公式為 (eta=frac{V{OUT } × I{OUT }}{V{IN } × I{I N}})。

電感電流測(cè)量

移除電感一端與電路板焊盤的連接，使用導(dǎo)線連接焊盤和電感，再用電流探頭測(cè)量電感電流。

輸出電壓紋波測(cè)量

將示波器探頭跨接在輸出電容（C4）兩端，探頭接地端接電容負(fù)極，探頭尖端接電容正極。設(shè)置示波器為ac，10 mV/division，2 μs/division時(shí)基，20 MHz帶寬。為減少高頻噪聲影響，可采用去除探頭護(hù)套并纏繞無(wú)屏蔽導(dǎo)線的方法進(jìn)行測(cè)量。

輸出電壓調(diào)整

評(píng)估板輸出電壓預(yù)設(shè)為1.2 V，可使用公式 (V_{OUT }=0.6 V timesleft(frac{R 4+R 3}{R 3}right)) 進(jìn)行調(diào)整。

設(shè)計(jì)過(guò)程與外部元件選擇

輸入電容選擇

輸入去耦電容用于衰減輸入的高頻噪聲，建議選用22 μF至100 μF的陶瓷電容，并將其放置在靠近PVIN引腳處，同時(shí)盡量減小由 (C_{DN})、PFET和NFET組成的回路面積。

VIN RC濾波器

在VIN引腳處需要使用RC濾波器來(lái)衰減開(kāi)關(guān)噪聲，一般推薦使用10 Ω電阻和0.1 μF、6.3 V的電容。

輸出濾波器選擇

ADP2118具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，因此在選擇輸出濾波器時(shí)存在一定限制。選擇電感時(shí)，需確保其均方根電流和飽和電流額定值分別高于通過(guò)公式 (I{L{-} RMS}=sqrt{I{O}^{2}+frac{1}{12}left(frac{V{OUT } timesleft(V{I N}-V{OUT }right)}{V{I N} × f{S} × L}right)^{2}}) 和 (I{L{-} Peak }=I{O}+frac{1}{2} × frac{V{OUT } timesleft(V{I N}-V{OUT }right)}{V{I N} × f{S} × L}) 計(jì)算得出的值。對(duì)于輸出電容，推薦選用X5R或X7R陶瓷電容，并確保其直流電壓額定值大于輸出電壓，均方根電流額定值大于通過(guò)公式 (I{C{OUT }-RMS }=sqrt{frac{1}{12}} × frac{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f_{S} × L}) 計(jì)算得出的值。

輸出電壓設(shè)置

若使用ADP2118的可調(diào)輸出版本，可通過(guò)電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，公式為 (V{OUT }=0.6 V × frac{R{TOP }+R{BOT }}{R{BOT }})。為限制因FB偏置電流（最大0.1 μA）導(dǎo)致的輸出電壓精度下降至小于0.5%，應(yīng)確保 (R{BOT }) 小于30 kΩ，建議使用10 kΩ、1%精度的電阻作為 (R{BOT })。若使用固定輸出版本，直接將VOUT連接到FB引腳即可。

性能優(yōu)化與布局指南

性能優(yōu)化

ADP2118采用內(nèi)部補(bǔ)償，在一定程度上限制了轉(zhuǎn)換器瞬態(tài)性能的優(yōu)化。通過(guò)在反饋電阻分壓器中添加前饋電容（(C{FF})），可優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。根據(jù)已知的交叉頻率（(f{C})），使用公式 (C{F F}=frac{1}{2 × pi × f{C}} × sqrt{frac{left(R{T O P}+R{B O T}right)}{R{T O P}^{2} × R{B O T}}}) 計(jì)算所需的前饋電容值，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)值可獲得最佳瞬態(tài)性能。

布局指南

• 輸入去耦電容（(C{IN})）應(yīng)盡可能靠近PVIN和PGND引腳，減小由PVIN、PGND和 (C{IN}) 組成的回路面積。
• VIN濾波器應(yīng)盡可能靠近VIN引腳放置。
• 建議使用接地層以降低噪聲并提高散熱效率。若不使用接地層，應(yīng)將模擬地（GND）和功率地（PGND）分開(kāi)，并在輸出電容端子處連接。
• 在所有層的未使用區(qū)域填充銅，以降低功率元件的溫度上升，并將銅區(qū)域連接到直流網(wǎng)絡(luò)。
• 將FB引腳直接連接到反饋電阻分壓器或輸出（若使用固定輸出版本），并確保反饋節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離噪聲源。
• 在SW和PGND之間添加RC緩沖器，可減少重載條件下開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的尖峰。

熱性能與注意事項(xiàng)

熱性能

通過(guò)評(píng)估板實(shí)測(cè)不同輸出電壓和輸入電壓下，最大輸出電流隨環(huán)境溫度的變化曲線，可為用戶在不同環(huán)境溫度下使用ADP2118提供電流降額參考。

注意事項(xiàng)

評(píng)估板僅用于設(shè)備評(píng)估，不可用于生產(chǎn)目的。此外，ADP2118是靜電放電（ESD）敏感設(shè)備，使用時(shí)需采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，避免性能下降或功能喪失。

ADP2118降壓調(diào)節(jié)器憑借其出色的性能和豐富的功能，在電源管理應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)合理使用評(píng)估板進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試，并按照設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行外部元件選擇和布局設(shè)計(jì)，可充分發(fā)揮ADP2118的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的電源解決方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似的電源管理問(wèn)題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。