MIC23156評(píng)估板：高效同步降壓調(diào)節(jié)器的評(píng)測(cè)利器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下MIC23156評(píng)估板，它搭載了一款功能強(qiáng)大的1.5A、3MHz同步降壓調(diào)節(jié)器，具備多種先進(jìn)特性，能為我們的設(shè)計(jì)帶來諸多便利。

文件下載：MIC23156-0YCS-EV.pdf

一、產(chǎn)品概述

MIC23156評(píng)估板讓用戶能夠?qū)σ豢罡叨燃傻?.5A、3MHz同步降壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行評(píng)估。這款調(diào)節(jié)器具有HyperLight Load?模式、電源良好（PGOOD）輸出指示、可編程軟啟動(dòng)以及通過 (I^{2} C) 進(jìn)行輸出電壓縮放控制等特性。它在整個(gè)輸出電流范圍內(nèi)都具有很高的效率，工作時(shí)靜態(tài)電流僅為30μA。通過 (I^{2} C) 以10mV的步長(zhǎng)動(dòng)態(tài)改變輸出電壓，并保持高輸出電壓精度，使得MIC23156使用起來簡(jiǎn)單且用途廣泛。它有16球、0.4mm間距、1.81mm × 1.71mm晶圓級(jí)芯片規(guī)模（WLCSP）和17引腳、2.8mm × 2.5mm (MLF) 兩種封裝形式。

二、使用要求

電源要求

評(píng)估板需要一個(gè)10W的單電源，電壓可在2.7V至5.5V之間調(diào)節(jié)。

負(fù)載要求

負(fù)載可以是有源（電子負(fù)載）或無源（電阻），且必須能夠耗散5W的功率。

測(cè)試設(shè)備

理想情況下，最好有一臺(tái)示波器來觀察電路波形，但這不是必需的。最簡(jiǎn)單的測(cè)試需要兩個(gè)電壓表來測(cè)量輸入和輸出電壓。進(jìn)行效率測(cè)量時(shí)，需要兩個(gè)電壓表和兩個(gè)電流表，以防止測(cè)量誤差。

動(dòng)態(tài)電壓縮放功能要求

若要使用動(dòng)態(tài)電壓縮放功能，則需要一個(gè) (I^{2} C) 串行編程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle EV）、軟件包/套件（可在線下載）和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

三、使用注意事項(xiàng)

評(píng)估板沒有輸入反向保護(hù)，連接輸入電源時(shí)要注意確保極性正確。相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)和支持文檔可在Micrel的網(wǎng)站（www.micrel.com）上獲取。

四、操作步驟

1. 連接外部電源

將外部電源連接到 (V{IN }) （J1）和GND（J2）端子。在電源輸出禁用的情況下，將其電壓設(shè)置為所需的輸入測(cè)試電壓（2.7V ≤ (V{IN}) ≤ 5.5V）?？稍谳斎腚娫春?(V{IN }) （J1）端子之間放置一個(gè)電流表。要注意監(jiān)測(cè) (V{IN }) （J1）端子處的電源電壓，因?yàn)殡娏鞅砗?或電源引線電阻可能會(huì)降低提供給設(shè)備的電壓。

2. 設(shè)置VSEL跳線

通過TP1跳線設(shè)置VSEL。在MLF封裝中，將VSEL拉高到 (V_{CC}) ，或在YCS封裝中拉高到 (VI^{2} C) ，可將默認(rèn)輸出電壓設(shè)置為0.8V；將VSEL拉低到GND，則將默認(rèn)輸出電壓設(shè)置為1.0V。

3. 連接負(fù)載

將負(fù)載連接到 (V{OUT }) （YML中的J6和YCS中的J3）和GND（YML中的J7和YCS中的J4）端子。負(fù)載可以是無源（電阻性）或有源（電子負(fù)載）?？稍谪?fù)載和輸出端子之間放置一個(gè)電流表，并確保在 (V{OUT }) 端子處監(jiān)測(cè)輸出電壓。評(píng)估板還配備了一個(gè)2引腳連接器（JP2），用于輸出電壓監(jiān)測(cè)。

4. 啟用MIC23156

通過TP2啟用MIC23156。在YML封裝中，將TP2跳線連接到 (VCC) ；在YCS封裝中，連接到 (V_{IN }) 。若要禁用設(shè)備，將TP2跳線連接到GND。也可以通過向EN和GND端子施加第二個(gè)電源來啟用和禁用EN引腳，但不要讓該引腳浮空。

5. 監(jiān)測(cè)電源良好信號(hào)（僅YML評(píng)估板）

使用電壓表或示波器連接到PGOOD引腳，監(jiān)測(cè)電源良好（PGOOD）功能。

6. 連接 (I^{2} C) 串行編程器板

將 (I^{2} C) 串行編程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle評(píng)估板）連接到MIC23156評(píng)估板的JP1。確保 (I^{2} C) 串行編程器板上的開關(guān)切換到 “ (I^{2} C) ” 而不是 “NOM” 。將 (I^{2} C) 板的9引腳連接器插入MIC23156評(píng)估板的JP1，并注意匹配GND引腳。然后使用USB到Mini - B USB類型的電纜將 (I^{2} C) 串行編程器板連接到筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)。

7. 打開并控制MIC23156

從Micrel網(wǎng)站的MIC23156產(chǎn)品頁面下載軟件包/套件，打開 (I^{2} C) 接口，并按以下步驟操作：

• 打開 (I^{2} C) 串行編程器接口并點(diǎn)擊 “Test” ，窗口底部的狀態(tài)欄應(yīng)從某個(gè)值變?yōu)?“Target OK” 。
• 點(diǎn)擊 “Registers” 選項(xiàng)卡，然后點(diǎn)擊 “Read” 。如果輸出電壓調(diào)節(jié)高于PGOOD故障閾值，PGOOD狀態(tài)框?qū)⒆詣?dòng)勾選。如果UVLO框被勾選，說明輸入電壓過低；如果TSD框被勾選，說明內(nèi)部管芯溫度過高，設(shè)備進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)以防止損壞。
• 點(diǎn)擊 “Offline Mode” 一次，將切換到直接編輯模式。在直接編輯模式下，在 (I^{2} C) 接口中進(jìn)行的任何修改，如啟用/禁用設(shè)備、設(shè)置長(zhǎng)軟啟動(dòng)或更改輸出電壓，都將在MIC23156評(píng)估板的 (V_{OUT }) 端子上立即生效。

需要注意的是，只要MIC23156評(píng)估板上的輸入電源或使能引腳斷電并重新上電，輸出電壓將自動(dòng)恢復(fù)到其默認(rèn)值。對(duì)于MIC23156 - 0YML和MIC23156 - 0YCS，默認(rèn)輸出電壓分別為0.8V（VSEL為高）和1.0V（VSEL為低）。

五、評(píng)估板特性

軟啟動(dòng)電容（C4）

MIC23156在SS引腳有一個(gè)標(biāo)稱820kΩ的電阻對(duì)電容充電，使輸出具有可控的軟啟動(dòng)特性。將C4設(shè)置為120pF時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間約為230μs，啟動(dòng)時(shí)間可由公式 (T{SS}=820 × 10^{3} × ln (10) × C{SS}) 確定。軟啟動(dòng)電容的作用是控制內(nèi)部參考電壓在其標(biāo)稱穩(wěn)態(tài)值的0%至100%之間的上升時(shí)間。

電源良好（PGOOD）

YML評(píng)估板提供了一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)電源良好（PGOOD）功能。這是一個(gè)開漏連接，板上有一個(gè)100kΩ的上拉電阻連接到輸出電壓。輸出電壓超過標(biāo)稱設(shè)定電壓的90%約70μs后，PGOOD被拉高。只要 (V{OUT }) 在其標(biāo)稱輸出電壓的14%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，PGOOD信號(hào)將保持高電平。當(dāng) (V{OUT }) 調(diào)節(jié)低于閾值時(shí)，PGOOD信號(hào)將觸發(fā)故障條件并拉低。

VSEL

可選擇輸出電壓是節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)良好特性。MIC23156能夠在數(shù)百微秒內(nèi)從高輸出電壓切換到低輸出電壓，反之亦然。當(dāng) (VSEL leq(0.3 ×VI^{2} C)) 時(shí)，默認(rèn)輸出電壓為1.0V；當(dāng) (VSEL geq(0.7 ×VI^{2} C)) 時(shí)，為0.8V?？删幊梯敵鲭妷悍秶鸀?.7V至2.4V，可通過 (I^{2} C) 編程輕松更改。

HyperLight Load模式

MIC23156采用最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間專有控制環(huán)路（Micrel專利）。當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)閾值時(shí)，誤差比較器開始一個(gè)開關(guān)周期，將PMOS導(dǎo)通并保持最小導(dǎo)通時(shí)間，從而提高輸出電壓。如果輸出電壓超過調(diào)節(jié)閾值，誤差比較器將PMOS關(guān)斷最小關(guān)斷時(shí)間，直到輸出降至閾值以下。NMOS作為理想整流器，在PMOS關(guān)斷時(shí)導(dǎo)通。使用NMOS開關(guān)而不是二極管，可降低NMOS導(dǎo)通時(shí)開關(guān)器件上的電壓降。PMOS和NMOS之間的同步開關(guān)組合使控制環(huán)路能夠在輕載操作時(shí)以不連續(xù)模式工作。在不連續(xù)模式下，MIC23156以脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式調(diào)節(jié)輸出。隨著輸出電流增加，關(guān)斷時(shí)間減少，從而為輸出提供更多能量。這種開關(guān)方案僅在需要時(shí)進(jìn)行開關(guān)，提高了MIC23156在輕載電流時(shí)的效率。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，MIC23156進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM），并以3MHz為中心的頻率進(jìn)行開關(guān)。MIC23156進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式時(shí)的負(fù)載可由公式 (LOAD >left(frac{left(V{IN }-V{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 近似計(jì)算。從 “開關(guān)頻率與輸出電流” 圖中可以看出，當(dāng)輸出電流增加時(shí)，開關(guān)頻率也會(huì)增加，直到MIC23156在約180mA時(shí)從HyperLight Load模式切換到PWM模式。輸出電流超過180mA后，MIC23156以約3MHz的相對(duì)恒定頻率進(jìn)行開關(guān)。

六、物料清單

其中各制造商的網(wǎng)址分別為：AVX（www.avx.com）、Murata（www.murata.com）、TDK（www.tdk.com）、Panasonic（www.industrial.panasonic.com）、Sumida（www.sumida.com）、Vishay（www.vishay.com）、Micrel, Inc.（www.micrel.com）。

七、PCB布局建議

文檔還提供了MLF封裝和YCS封裝的PCB布局建議，但具體內(nèi)容未詳細(xì)展開。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理的PCB布局對(duì)于保證評(píng)估板的性能至關(guān)重要，大家可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參考和優(yōu)化。

總之，MIC23156評(píng)估板為我們提供了一個(gè)全面評(píng)估這款高性能同步降壓調(diào)節(jié)器的平臺(tái)。通過對(duì)其特性、操作步驟和物料清單等方面的了解，我們可以更好地利用它來滿足不同的設(shè)計(jì)需求。大家在使用過程中有沒有遇到什么問題呢？或者對(duì)于評(píng)估板的性能有什么獨(dú)特的見解，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。