MIC23153評估板：高效開關(guān)穩(wěn)壓器的理想之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，開關(guān)穩(wěn)壓器的性能和效率至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下Micrel公司的MIC23153評估板，它為評估MIC23153這款高性能開關(guān)穩(wěn)壓器提供了便捷的平臺。

文件下載：MIC23153YMT-EV.pdf

一、產(chǎn)品概述

MIC23153是一款完全集成的2A、4MHz開關(guān)穩(wěn)壓器，具備HyperLight Load?模式、Power Good輸出指示和可編程軟啟動等特性。它在整個輸出電流范圍內(nèi)都具有很高的效率，工作時(shí)靜態(tài)電流僅為23μA。其2.5mm x 2.5mm的Thin MLF?封裝，結(jié)合4MHz的開關(guān)頻率，僅需四個外部組件就能實(shí)現(xiàn)高度小于1mm的緊湊解決方案。而且，MIC23153能在最苛刻的條件下提供精確的輸出電壓調(diào)節(jié)，對負(fù)載瞬變響應(yīng)極快，輸出電壓紋波極小。

二、使用要求

電源要求

評估板需要一個10W的臺式電源，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），且需具備7W的散熱能力。

測試設(shè)備

雖然示波器不是必需的，但有示波器可以方便查看電路波形。對于簡單測試，需要兩個電壓表來測量輸入和輸出電壓；進(jìn)行效率測量時(shí)，則需要兩個電壓表和兩個電流表，以防止測量誤差。

三、使用注意事項(xiàng)

評估板沒有輸入反向保護(hù)，連接輸入電源時(shí)要特別注意極性正確。

四、開始使用步驟

連接電源

將外部電源連接到VIN（J4）端子和GND（J3）。在電源輸出禁用的情況下，將其電壓設(shè)置為所需的輸入測試電壓（2.7V ≤ VIN ≤ 5.5V）。可以在輸入電源和VIN（J4）端子之間放置一個電流表，但要注意監(jiān)測VIN（J4）端子處的電源電壓，因?yàn)殡娏鞅砗?或電源引線電阻可能會降低提供給設(shè)備的電壓。

連接負(fù)載

將負(fù)載連接到VOUT（J1）和接地（J2）端子。負(fù)載可以是有源或無源（電阻性）的。同樣，可以在負(fù)載和輸出端子之間放置一個電流表，并確保在VOUT（J1）端子處監(jiān)測輸出電壓。

啟用MIC23153

MIC23153評估板有一個上拉電阻連接到VIN。默認(rèn)情況下，當(dāng)輸入電源電壓大于2.7V時(shí)，輸出電壓將被啟用。若要禁用設(shè)備，可向EN（J6）端子施加低于0.5V的電壓。

監(jiān)測Power Good功能

評估板提供了一個Power good測試點(diǎn)（J5）來監(jiān)測Power Good功能。當(dāng)輸出電壓達(dá)到其標(biāo)稱電壓的92%后約70μs，Power Good輸出將變?yōu)楦唠娖剑╒out）。

五、評估板的其他特性

軟啟動電容（C3）

MIC23153在SS引腳有一個標(biāo)稱270kΩ的電阻為電容充電，使輸出具有可控的軟啟動特性。將C3設(shè)置為100pF可使啟動時(shí)間最短，啟動時(shí)間可由公式TSS = 270 x 103 x ln(10) x CSS確定。軟啟動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。

可調(diào)輸出的反饋電阻（R1，R2）

輸出電壓標(biāo)稱設(shè)置為1.8V，可通過調(diào)整反饋分壓器中的上電阻R1來改變輸出電壓。計(jì)算公式為R1 = R2 x VREF/(VO - VREF)，其中VREF = 0.62V。文檔中還給出了不同輸出電壓對應(yīng)的R1和R2示例值。

前饋電容（C4）

通常不安裝前饋電容C4，因?yàn)樨?fù)載瞬態(tài)調(diào)節(jié)已經(jīng)很好。但安裝一個電容在C4處可以將快速輸出電壓偏差直接注入反饋比較器，略微改善負(fù)載調(diào)節(jié)，但會在較高負(fù)載時(shí)略微增加輸出的噪聲。建議使用100pF至1nF之間的值以防止不穩(wěn)定。

Power Good（PG）

評估板在EN右側(cè)提供了一個測試點(diǎn)用于測試PG。這是一個開漏連接，板上有一個10k的上拉電阻連接到輸出電壓。當(dāng)輸出電壓超過標(biāo)稱設(shè)定電壓的92%后約70μs，PG被拉高。

HyperLight Load?模式

MIC23153采用最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的專有控制環(huán)路（Micrel專利）。當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)閾值時(shí)，誤差比較器啟動一個開關(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)代替二極管可降低開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的電壓降。PMOS和NMOS的異步開關(guān)組合使控制環(huán)路在輕載操作時(shí)以不連續(xù)模式工作，在不連續(xù)模式下，MIC23153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，為輸出提供更多能量。這種開關(guān)方案通過僅在需要時(shí)進(jìn)行開關(guān)，提高了MIC23153在輕載電流時(shí)的效率。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，MIC23153進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM），并以4MHz為中心的頻率進(jìn)行開關(guān)。MIC23153從HyperLight Load?模式轉(zhuǎn)換到PWM模式的負(fù)載可通過公式[I{LOAD} > frac{(V{IN}-V_{OUT})D}{2Lf}]近似計(jì)算。從開關(guān)頻率與負(fù)載的關(guān)系圖可以看出，隨著輸出電流增加，開關(guān)頻率也增加，直到輸出電流約為120mA時(shí)，MIC23153從HyperLight Load?模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。當(dāng)輸出電流超過120mA時(shí)，MIC23153將以約4MHz的相對恒定頻率進(jìn)行開關(guān)。

六、評估板性能

文檔中給出了多個性能圖表，包括開關(guān)頻率與負(fù)載電流、效率與輸出電流、輸出電壓上升時(shí)間與CSS、使能閾值與輸入電壓等關(guān)系圖。這些圖表直觀地展示了評估板在不同條件下的性能表現(xiàn)，有助于工程師更好地了解MIC23153的工作特性。

七、電路原理圖和物料清單

文檔提供了MIC23153評估板的固定輸出和可調(diào)輸出兩種原理圖，并列出了相應(yīng)的物料清單，包括電容、電阻、電感和芯片等元件的型號、制造商和數(shù)量。這為工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和搭建提供了詳細(xì)的參考。

八、PCB布局建議

文檔還給出了Thin MLF的頂層和底層PCB布局建議，這對于優(yōu)化評估板的性能和穩(wěn)定性非常重要。

總之，MIC23153評估板為工程師提供了一個全面的平臺來評估MIC23153開關(guān)穩(wěn)壓器的性能。通過合理使用評估板，并結(jié)合文檔中的各項(xiàng)信息，工程師可以更好地設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的電源電路。大家在使用過程中是否遇到過類似評估板的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。