SP7663 評估板：同步降壓轉(zhuǎn)換器的高效之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們就來深入了解一下 Sipex 公司的 SP7663 同步降壓轉(zhuǎn)換器及其評估板，看看它能為我們帶來哪些驚喜。

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一、SP7663 轉(zhuǎn)換器概述

SP7663 是一款輸入范圍為 0 至 22V，輸出范圍為 0 至 6A 的同步降壓轉(zhuǎn)換器。它具有諸多令人矚目的特性：

• 集成度高：內(nèi)置低 RDS(ON) 功率 FET，采用高集成設(shè)計，所需外部組件極少。
• 保護功能豐富：具備欠壓鎖定（UVLO）功能，可同時檢測 VCC 和 VIN；還有輸入欠壓保護（UVIN）、可編程軟啟動、內(nèi)置 VCC 電源、電流限制和輸出短路保護等。
• 效率出色：最高效率可達(dá) 90%，能有效降低功耗，提高能源利用率。

二、評估板使用指南

1. 上電操作

將 SP7663 評估板與外部 +12V 電源連接，使用短導(dǎo)線和大直徑電線直接連接到“VIN”和“GND2”接線柱。在 VOUT 和 GND1 接線柱之間連接負(fù)載時，同樣使用短導(dǎo)線和大直徑電線，以減少電感和電壓降。

2. 輸出負(fù)載特性測量

為了獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，建議使用評估板中心的星型接地柱（Star GND post）作為所有示波器和數(shù)字萬用表的接地參考。測量 VOUT 紋波時，將探頭尖端接觸 C3 的焊盤，示波器的接地環(huán)接觸星型接地柱，避免使用示波器的接地引線，以免增加噪聲拾取。

3. 不同輸出電壓設(shè)置

評估板默認(rèn)輸出電壓為 3.30V。若要更改輸出電壓，只需更改一個電阻 R2 即可。其計算公式為： [R 2=frac{R 1}{left(frac{ VOUT }{.80 V}-1right)}] 其中 (R 1 = 68.1 ~K Omega)。當(dāng) Vout = 0.80V 時，只需從板上移除 R2。同時，為保證系統(tǒng)環(huán)路穩(wěn)定，可將 R1 的電阻范圍限制在 (50 ~K Omega ≤R 1 ≤100 ~K Omega)。

4. 電流限制調(diào)整

SP7663ER 提供短路保護，通過感應(yīng) VOUT 在 GND 處的電壓來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器的電流限制設(shè)置約為 9A，可通過感應(yīng)電感中的電流來完成。若要調(diào)整電流限制，可遵循以下公式：

• 上調(diào)電流： [R 9=frac{60 mV cdot(R 3+R 4)}{I max cdot(DCR-60 mV)}]
• 下調(diào)電流： [R 8=R 4 cdotleft(frac{( Vout -60 mV)+(Imax cdot D C R)}{60 mV-(Imax cdot D C R)}right)] 其中 DCR 是電感繞組電阻，IMAX 是所需的輸出電流。更詳細(xì)的電流限制信息可在 SP7663 數(shù)據(jù)手冊中找到。

三、電源供應(yīng)數(shù)據(jù)

SP7663ER 設(shè)計了一個在線路、負(fù)載和溫度變化時精度為 2.0% 的參考電壓。從典型的評估板效率圖（圖 1）中可以看出，其效率最高可達(dá) 90%，輸出電流可達(dá) 6A。在滿載時，輸出電壓紋波小于 50mV，LX 節(jié)點的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖 2 所示。圖 3 和圖 4 展示了 3A 到 6A 以及 0A 到 6A 的負(fù)載階躍響應(yīng)，圖 5 和圖 6 則顯示了短路和電流限制情況，圖 7 和圖 8 呈現(xiàn)了滿載和空載時的典型啟動特性。這些數(shù)據(jù)均是在 12VIN 條件下測得的。

四、環(huán)路補償設(shè)計

1. Type III 環(huán)路補償設(shè)計

SP7663EB 的開環(huán)增益可分為誤差放大器增益 Gamp(s)、PWM 調(diào)制器增益 Gpwm、降壓轉(zhuǎn)換器輸出級增益 Gout(s) 和反饋電阻分壓器增益 Gfbk。為了在選定頻率 fco 處實現(xiàn)交叉，誤差放大器的增益必須補償該頻率下環(huán)路其余部分引起的衰減。環(huán)路補償?shù)哪繕?biāo)是使開環(huán)頻率響應(yīng)的增益以 –20dB/dec 的斜率穿過 0dB。開環(huán)交叉頻率應(yīng)高于輸出電容的 ESR 零點，但小于開關(guān)頻率 fs 的 1/5 至 1/10，以確保正常運行。由于 SP7663EB 使用陶瓷輸出電容，需要一個 Type III 補償電路來提供 180° 的相位提升，以抵消輸出 LC 欠阻尼諧振雙極點頻率的影響。

2. Type II 環(huán)路補償設(shè)計

當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸出選擇電解或鉭輸出電容時，由于其成本較低，可采用 Type II 補償。此時，輸出電容 ESR 引起的零點在幾千赫茲范圍內(nèi)，大大簡化了電壓環(huán)路補償設(shè)計。通過在第一個極點之前的補償環(huán)路中添加一個額外的零點，可以擴展電壓環(huán)路帶寬，并提供 90° 的相位提升，從而改善整體瞬態(tài)響應(yīng)時間。大多數(shù) Type III 補償組件值的計算準(zhǔn)則也適用于 Type II，只是不需要 RZ2、CZ2、CP1、RZ3 和 CZ3 組件。

五、輸出應(yīng)用原理圖及典型結(jié)果

采用 Type II 補償?shù)?SP76562ER 配置為 VIN = 12V，VOUT = 3.3V，輸出電流為 0 - 6A。圖 13 和圖 14 顯示，在空載到 6A 負(fù)載的情況下，輸出電壓紋波約為 150mV，同時展示了 3A 到 6A 和 0A 到 6A 負(fù)載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)。

六、PC 布局圖紙及推薦組件

文檔中提供了 SP7663EB 的 PC 布局圖紙，包括頂層、第二層、第三層和底層的布局。同時，還列出了一份推薦組件清單，包含了每個組件的參考編號、數(shù)量、制造商、型號、布局尺寸、組件描述和供應(yīng)商電話等信息，方便工程師進行設(shè)計和采購。

七、訂購信息

SP7663 有評估板（SP7663EB）和芯片（SP7663ER）兩種產(chǎn)品可供選擇，溫度范圍均為 -40°C 至 +85°C，評估板的包裝為通用形式，芯片采用 26 引腳 DFN 封裝。

SP7663 及其評估板為電子工程師提供了一個高效、可靠的電源管理解決方案。通過合理利用其特性和進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計調(diào)整，能夠滿足各種不同的應(yīng)用需求。你在使用類似電源管理芯片時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。