深入解析 MIC23451 評(píng)估板：一款高效的 3MHz PWM 三通道 2A 降壓調(diào)節(jié)器評(píng)估方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理芯片的性能評(píng)估至關(guān)重要。今天我們要詳細(xì)探討的是 MICREL 公司的 MIC23451 評(píng)估板，它針對(duì)的是 MIC23451 這款高度集成的三輸出、2A、3MHz 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，對(duì)于工程師們來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)評(píng)估該調(diào)節(jié)器性能的絕佳工具。

文件下載：MIC23451-AAAYFL-EV.pdf

一、產(chǎn)品概述

調(diào)節(jié)器特性

MIC23451 具有顯著的特點(diǎn)。它采用 HyperLight Load? 模式和 Power Good 輸出指示功能，在整個(gè)輸出電流范圍內(nèi)都能保持高效。每個(gè)通道在工作時(shí)僅消耗 24μA 的靜態(tài)電流，其 4mm × 4mm 的 DFN 小尺寸封裝節(jié)約了寶貴的 PCB 空間，并且所需的外部組件極少。此外，它能夠在最苛刻的條件下提供精確的輸出電壓調(diào)節(jié)，每個(gè)通道對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)極快，輸出電壓紋波極小。

評(píng)估板用途

評(píng)估板為客戶提供了評(píng)估 MIC23451 性能的平臺(tái)，讓工程師們能夠直觀地了解該調(diào)節(jié)器在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

二、使用要求

電源要求

評(píng)估板需要一個(gè) 20W 的單路可調(diào)臺(tái)式電源，輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V。

負(fù)載要求

負(fù)載可以是有源（電子負(fù)載）或無(wú)源（電阻），且必須能夠承受 10W 的功率。

測(cè)試設(shè)備

雖然使用示波器來(lái)觀察電路波形是理想的，但并非必需。最簡(jiǎn)單的測(cè)試只需兩個(gè)電壓表來(lái)測(cè)量輸入和輸出電壓。若要進(jìn)行單通道的效率測(cè)量，則需要兩個(gè)電壓表和兩個(gè)電流表，以避免測(cè)量誤差。

三、使用注意事項(xiàng)

評(píng)估板沒(méi)有輸入反向保護(hù)，因此在連接輸入電源時(shí)，務(wù)必注意極性正確，防止因極性接反而損壞設(shè)備。

四、操作步驟

連接電源

將外部電源連接到 (V{IN })（J1）端子和 GND（J2）。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（ (2.7 ~V ≤V{IN} leq) 5.5V）?？梢栽谳斎腚娫春?(V{IN })（J1）端子之間放置一個(gè)電流表，但要注意監(jiān)測(cè) (V{IN })（J1）端子處的電源電壓，因?yàn)殡娏鞅砗?或電源線電阻可能會(huì)降低提供給設(shè)備的電壓。

連接負(fù)載

將負(fù)載連接到 (V{OUT }) 端子（J6、J7、J8）和接地（J3、J4、J5）端子。負(fù)載可以是無(wú)源（電阻性）或有源（電子負(fù)載），同樣可以在負(fù)載和輸出端子之間放置一個(gè)電流表，并確保在 (V{OUT })（J6、J7、J8）端子處監(jiān)測(cè)輸出電壓。

啟用調(diào)節(jié)器

MIC23451 評(píng)估板每個(gè)通道都有一個(gè)上拉電阻連接到 (V_{IN })。默認(rèn)情況下，當(dāng)施加 (>2.7V) 的輸入電源時(shí)，每個(gè)輸出電壓都會(huì)啟用。若要禁用設(shè)備，可向 EN（J10、J12、J14）端子施加低于 0.4V 的電壓。

監(jiān)測(cè) Power Good 功能

評(píng)估板為每個(gè)通道提供了 Power Good 測(cè)試點(diǎn)（J9、J11、J13），用于監(jiān)測(cè) Power Good 功能。當(dāng)輸出電壓達(dá)到其標(biāo)稱電壓的 90% 后約 60μs，Power Good 輸出將變?yōu)楦唠娖健?/p>

五、其他特性

軟啟動(dòng)電容

MIC23451 每個(gè)通道都有內(nèi)部軟啟動(dòng)功能，無(wú)需外部軟啟動(dòng)電容。每個(gè)通道的典型軟啟動(dòng)時(shí)間為 150μs。

反饋電阻

反饋（FB）引腳是用于編程輸出電壓的控制輸入。通過(guò)一個(gè)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)連接到該引腳，與調(diào)節(jié)環(huán)路內(nèi)的內(nèi)部 0.62V 參考電壓進(jìn)行比較?？梢允褂霉?(V{OUT }=V{REF } timesleft(1+frac{R 7}{R 8}right)) 來(lái)編程輸出電壓，范圍在 1V 至 3.3V 之間。文檔中還給出了不同輸出電壓對(duì)應(yīng)的反饋電阻值示例，如 1.2V 對(duì)應(yīng) (R7 = 274kΩ)，(R8 = 294kΩ) 等。

Power Good（PG）

評(píng)估板為每個(gè)通道提供了監(jiān)測(cè) PG 信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)，這是一個(gè)與輸出電壓的開(kāi)漏連接，板上有一個(gè) 10kΩ 的上拉電阻。當(dāng)輸出電壓超過(guò)標(biāo)稱設(shè)定電壓的 90% 后約 60μs，PG 信號(hào)將被置為高電平。

HyperLight Load 模式

MIC23451 使用最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的專有控制環(huán)路（由 Micrel 專利）。當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)閾值時(shí)，誤差比較器啟動(dòng)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，使 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(guò)調(diào)節(jié)閾值，誤差比較器將 PMOS 關(guān)斷最小關(guān)斷時(shí)間，直到輸出電壓降至閾值以下。NMOS 作為理想整流器，在 PMOS 關(guān)斷時(shí)導(dǎo)通。這種 PMOS 和 NMOS 的異步開(kāi)關(guān)組合使控制環(huán)路在輕載操作時(shí)能夠以不連續(xù)模式工作，采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）來(lái)調(diào)節(jié)輸出。隨著輸出電流的增加，關(guān)斷時(shí)間減少，為輸出提供更多能量。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，MIC23451 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(kāi)關(guān)。可以使用公式 (I{LOAD }>left(frac{left(V{IN }-V_{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 來(lái)近似計(jì)算 MIC23451 進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式時(shí)的負(fù)載。從“Evaluation Board Performance”部分的“Switching Frequency vs. Load”圖可以看出，隨著輸出電流的增加，開(kāi)關(guān)頻率也會(huì)增加，當(dāng)輸出電流約為 120mA 時(shí)，MIC23451 從 Hyper Light Load 模式切換到 PWM 模式，之后輸出電流超過(guò) 120mA 時(shí)，將以約 3MHz 的相對(duì)恒定頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)。

六、評(píng)估板性能

文檔中給出了多個(gè)性能圖表，包括開(kāi)關(guān)頻率與負(fù)載電流的關(guān)系、效率與輸出電流的關(guān)系、使能閾值、欠壓鎖定（UVLO）閾值、PG 閾值與輸入電壓和溫度的關(guān)系，以及線路調(diào)節(jié)與溫度和輸入電壓的關(guān)系等。這些圖表為工程師們提供了直觀的數(shù)據(jù)，幫助他們了解 MIC23451 在不同條件下的性能表現(xiàn)。

七、評(píng)估板原理圖和物料清單

原理圖

文檔提供了評(píng)估板的原理圖，展示了各個(gè)組件的連接方式，有助于工程師們深入了解電路結(jié)構(gòu)。

物料清單

詳細(xì)列出了評(píng)估板所使用的組件，包括電容、電阻、電感和調(diào)節(jié)器芯片等，每個(gè)組件都有對(duì)應(yīng)的型號(hào)、制造商和數(shù)量。例如，電容 C1、C2、C3 采用 Murata 的 GRM188R60J106KE19D，電阻 R1 - R6 采用 Vishay 的 CRCW060310K0FKEA 等。

八、PCB 布局建議

文檔還給出了 PCB 布局的相關(guān)建議，雖然沒(méi)有詳細(xì)描述具體的布局要點(diǎn)，但提供了不同層的 PCB 布局圖，為工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì) PCB 時(shí)提供了參考。

通過(guò)對(duì) MIC23451 評(píng)估板的詳細(xì)分析，我們可以看到它為工程師們提供了一個(gè)全面評(píng)估 MIC23451 調(diào)節(jié)器性能的平臺(tái)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)這些信息，更好地利用 MIC23451 來(lái)設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的電源管理電路。大家在使用過(guò)程中有沒(méi)有遇到過(guò)類似評(píng)估板的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。