ASP4644稳压器的特性分析与系统测试方法研究

ASP4644 是国科安芯推出的一款高性能四通道降压型 DC-DC 稳压器，单通道最大输出电流可达 4A，支持多通道并联，最高总输出电流可达 16A。该器件集成了 DC-DC 控制器、电源开关、电感器和补偿电路，采用紧凑的 BGA 封装，便于系统集成。

在输入电压方面，四个通道可独立连接电源轨，输入电压范围为 4V 至 15V，亦支持共用同一输入电源。输出电压灵活可调，范围覆盖 0.6V 至 5V，每个通道可驱动最高 5A 负载，满足多样化的应用需求。

ASP4644 配备了完善的保护机制，包括过流保护、过温保护和短路保护，有效保障系统稳定运行。此外，该器件支持输出电压跟踪功能，适合对多路电源轨进行同步控制的场景。

1. 四通道设计，支持并联输出 ：单通道最高 4A 输出，四通道并联最大可达 16A，满足高功率需求。
2. 宽输入电压范围 ：支持 4V 至 15V 输入，灵活适配多种电源环境。
3. 高集成度封装 ：集成控制器、电源开关、电感及补偿电路，采用 BGA 封装，节省 PCB 空间，提升系统可靠性。
4. 多重保护功能 ：内置过流、过温和短路保护机制，保障设备安全稳定运行。
5. 输出电压可调且支持跟踪功能 ：输出电压范围 0.6V 至 5V，支持多路电压轨同步，适合复杂电源管理方案。

纹波测试

在直流电源系统中，电压的不稳定波动会引起一种被称为“纹波”的现象。纹波是指叠加在理想直流电压上的交流分量，若 DCDC 转换器的输出纹波幅度过大，可能会干扰下游芯片的正常工作，导致性能下降甚至运行异常。

纹波测试以电源评估板为被测设备，其供电电压分别为12V。在不同负载条件下，测试 DCDC 转换器输出端的纹波情况，并保持其工作于CCM（连续导通模式）模式。

测试方法 ：

1. 使用示波器分别连接到 DCDC 输出端的 VOUT 与 GND 引脚进行测量。
2. 测量波形中上下峰值之间的电压差，即为输出电压纹波幅值。
3. 为避免高频噪声对测量精度的干扰，应开启示波器的 带宽限制功能 （通常设置为 20 MHz）。
4. 采用交流耦合模式，探头接地端使用接地环方式，使接地回路尽可能短以减少干扰。
5. 推荐使用 1 倍探头或同轴电缆直接连接到输出电容两端进行测量，以获得更真实的波形数据。
6. 在示波器上开启 平均模式 或 高分辨率模式 ，有助于进一步滤除随机的高频噪声，提高纹波测量的稳定性与准确性。

通过上述方法，可以在较真实的运行环境下，准确评估 DCDC 转换器的输出纹波水平，从而判断其是否满足系统设计的电源质量要求。

效率、负载调整率和线性调整率

DC-DC 转换器的性能评估通常包括效率、负载调整率和线性调整率三个核心指标。

测试方法 ：

效率是指输出功率与输入功率的比值，反映了能量转换的利用率。效率越高，能量损耗越小，整机的发热和功耗也会相应降低。

负载调整率表示在负载电流发生变化时，开关电源维持输出电压稳定的能力。负载调整率越小，说明输出电压在轻载到满载的变化过程中波动越小，电源的稳定性越好。其计算方式为：无负载电压减去满负载电压，再除以满负载电压并乘以百分比。

线性调整率表示在输入电压处于额定范围内变化时，输出电压随之变化的程度。线性调整率越小，说明输入电压波动对输出的影响越小，供电的稳定性越高。一般开关电源的线性调整率在 1% 至 5% 之间。其计算方式为：输入电压变化过程中输出电压的最大值减去最小值，再除以标称输出电压并乘以百分比。

测试环境设置为：电源评估板供电电压为 5V 或 12V，在连续导通模式（CCM）下进行测量。效率和负载调整率的测试在不同负载条件下进行，记录输入和输出的功率，并计算对应的指标。线性调整率测试则在固定输出电流 4A 的条件下，通过调节输入电压，记录输出电压变化并计算指标。

1. 负载调整率测试 ：在不同负载电流下测量输出电压，根据公式计算负载调整率。
2. 线性调整率测试 ：在输入电压变化过程中，记录输出电压的最大值和最小值，根据公式计算线性调整率。
3. 效率测试 ：使用万用表分别测量输入和输出的电压，电流值直接从仪器读取。调节负载电流，记录输入电压、输入电流、输出电压和输出电流，然后计算效率，公式为：效率 =（输出电压 × 输出电流）/（输入电压 × 输入电流）× 100%。

动态负载测试

输出动态负载测试是评估当负载电流发生突变时，输出电压能否在短时间内恢复并保持稳定的能力。该测试关注的是输出电压 VOUT 与负载电流 IL 在瞬态变化过程中的关系。

测试方法****及测试条件 ：

测试条件包括以下几种情况：

1. 输入电压 12V，CCM 模式，负载电流在 3A 和 4A 之间切换，上升沿速率 1A/µs，切换频率 5Hz，占空比 50%。
2. 输入电压 12V，CCM 模式，负载电流在 0A 和 4A 之间切换，上升沿速率 1A/µs，切换频率 5Hz，占空比 50%。
3. 输入电压 5V，CCM 模式，负载电流在 3A 和 4A 之间切换，上升沿速率 1A/µs，切换频率 5Hz，占空比 50%。
4. 输入电压 5V，CCM 模式，负载电流在 0A 和 4A 之间切换，上升沿速率 1A/µs，切换频率 5Hz，占空比 50%。

测试方法是利用电子负载的动态功能，使其在设定的两个电流值之间周期性切换，切换的频率和占空比按照测试条件设置，电流变化的上升沿速率固定为 1A/s。在测试过程中，使用示波器测量输出电压 VOUT，并记录波形数据，用于分析电压的瞬态响应特性，包括过冲、欠冲以及恢复时间等参数。

应用电路与布局建议

1. 典型应用电路

• 输出跟踪模式 ：通过TRACK/SS引脚实现输出电压的软启动和跟踪功能，确保多路电源轨的同步控制。例如，通道1作为主稳压器，输出电压为3.3V，通道2、3、4作为从稳压器，通过TRACK/SS引脚上的电阻分压连接到主稳压器的输出，实现输出电压的跟踪。
• 多通道并联驱动模式 ：对于需要更大输出电流的应用，可将四个通道并联使用。在并联时，需将各通道的RUN、TRACK/SS、FB和COMP引脚分别连接在一起，并在VOUT、VFB和COMP引脚之间使用内部图层紧密连接，以实现均流和稳定输出。
• PCB布局建议
• 使用大电流路径的PCB铜质区域，包括VIN1到VIN4、GND、VOUT1到VOUT4，以最小化传导损失和热应力。
• 将高频陶瓷输入和输出电容器放置在VIN、GND和VOUT引脚旁边，减少高频噪声。在板子下方放置专用电源接地层，采用多个孔将顶层与其他电源层连接起来，减少导电损耗和模块热应力。
• 对连接到信号引脚的部件使用单独的SGND接地铜区，并在模块下方的PCB板背面将SGND与GND进行二次连接，以优化信号完整性。

审核编辑 黄宇