ADP1612/ADP1613：高效升压DC - DC开关转换器的详细解析

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和效率。ADP1612/ADP1613作为一款高性能的升压DC - DC开关转换器，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。本文将对ADP1612/ADP1613进行全面解析，为电子工程师在实际设计中提供有价值的参考。

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一、产品概述

ADP1612/ADP1613是具有集成功率开关的升压DC - DC开关转换器，能够将1.8V - 5.5V的输入电压提升至最高20V的输出电压。其封装高度小于1.1mm，非常适合对空间要求较高的应用，如便携式设备或薄膜晶体管（TFT）液晶显示器（LCD）。该转换器采用电流模式脉冲宽度调制（PWM），效率高达94%，具备可调节软启动、欠压锁定（UVLO）、热关断（TSD）等功能，并且支持ADIsimPower™设计工具。

二、关键特性

（一）电流限制

ADP1612的电流限制为1.4A，ADP1613的电流限制为2.0A，不同的电流限制使得两款芯片适用于不同功率需求的应用场景。

（二）输入电压

ADP1612的最小输入电压为1.8V，ADP1613的最小输入电压为2.5V，工程师可以根据实际输入电源的情况选择合适的芯片。

（三）PWM频率

通过引脚可选择650kHz或1.3MHz的PWM频率。较低的频率可以优化调节器以实现高效率，而较高的频率则适用于使用小型外部组件的应用。

（四）输出电压

输出电压可调节至最高20V，通过电阻分压器R1和R2可以方便地设置输出电压，计算公式为(V_{OUT}=1.235×(1 + R1/R2))。

（五）其他特性

可调节软启动功能可以防止在器件启用时产生浪涌电流；欠压锁定（UVLO）可防止在低输入电压下出现不稳定操作；热关断（TSD）能在芯片温度过高时保护器件。

三、工作原理

（一）电流模式PWM操作

ADP1612/ADP1613采用电流模式PWM控制方案来调节输出电压。通过电阻分压器在FB引脚监测输出电压，内部跨导误差放大器将FB引脚的电压与内部1.235V参考电压进行比较，产生误差电压在COMP引脚。内部测量开关电流并与稳定斜坡相加，将结果与COMP引脚的误差电压进行比较，以控制PWM调制器，从而实现快速的瞬态响应和稳定的输出电压。

（二）频率选择

通过FREQ引脚可以选择工作频率。将FREQ引脚连接到GND，芯片工作在650kHz；连接到VIN，芯片工作在1.3MHz。若FREQ引脚浮空，芯片默认工作在650kHz。

（三）软启动

在SS引脚连接一个电容到GND可以设置软启动时间。当芯片启动时，SS引脚以典型5µA的电流对软启动电容充电，直到达到1.2V。在充电过程中，它限制了芯片允许的峰值电流，从而防止启动时输入电流过大。

（四）热关断（TSD）

当芯片的管芯温度超过150°C（典型值）时，TSD功能会关闭NMOS功率器件，显著降低器件的功耗，防止输出电压调节。直到管芯温度降至130°C（典型值），NMOS功率器件才会重新开启。

（五）欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于UVLO阈值时，芯片会自动关闭功率开关，进入低功耗模式，防止在低输入电压下出现不稳定操作。UVLO阈值具有约100mV的迟滞，以确保启动时无干扰。

（六）使能/关断控制

EN引脚用于控制芯片的开启和关闭。将EN引脚拉低，芯片进入关断模式，输入电流典型值降至0.01µA；将EN引脚拉高，芯片开启。

四、应用信息

（一）ADIsimPower设计工具

ADP1612/ADP1613得到了ADIsimPower设计工具集的支持。该工具集可以根据特定的设计目标生成完整的电源设计，包括原理图、物料清单，并能在几分钟内计算性能。它可以在考虑IC和所有实际外部组件的工作条件和限制的情况下，优化设计的成本、面积、效率和零件数量。

（二）设置输出电压

通过电阻分压器R1和R2可以设置输出电压，公式为(V{OUT}=1.235×(1 + R1/R2))。选择R1时可根据公式(R1 = R2×((V{OUT}-1.235)/1.235))进行计算。

（三）电感选择

电感是升压开关转换器的关键组件，它在功率开关导通时存储能量，在关断时将能量传递到输出。为了平衡电感电流纹波和效率之间的关系，建议选择4.7µH - 22µH的电感值。在确定电感纹波电流时，可以根据输入和输出电压计算开关占空比(D=(V{OUT}-V{IN})/V{OUT})，进而计算导通时间(t{ON}=D/f{SW})，最后根据公式(Delta I{L}=V{IN}×t{ON}/L)计算电感纹波电流。同时，要确保电感的峰值电流低于其额定饱和电流，最大额定均方根电流大于调节器的最大直流输入电流。

（四）输入和输出电容选择

输入电容应选择低等效串联电阻（ESR）、10µF或更大的电容，以防止芯片输入产生噪声。输出电容用于维持输出电压并在开关导通时为负载提供电流，建议选择低ESR的陶瓷电容。输出电压纹波(Delta V{OUT}=I{OUT}×t{ON}/C{OUT})，可以根据此公式选择合适的输出电容。

（五）二极管选择

输出整流二极管在开关关断时将电感电流传导到输出电容和负载。为了实现高效率，应尽量减小二极管的正向电压降，建议使用肖特基整流二极管。在高电压、高温应用中，当肖特基整流二极管的反向泄漏电流变得显著并可能降低效率时，可以使用超快结二极管。同时，要确保二极管能够承受平均输出负载电流。

（六）环路补偿

ADP1612/ADP1613使用外部组件来补偿调节器环路，以优化环路动态性能。升压转换器在调节反馈环路中会产生一个不期望的右半平面零点，需要补偿调节器，使交叉频率远低于右半平面零点的频率。通过一系列公式可以计算补偿电阻和电容的值，以确保调节器的稳定性。

（七）软启动电容

软启动电容的大小决定了启动时间和输入电流过冲的程度。可以根据公式(C{SS}=Delta t×I{SS}/V{SS})计算软启动电容的值，其中(I{SS}=5μA)（典型值），(V_{SS}=1.2V)，(Delta t)为启动时间。对于大多数应用，33nF的软启动电容可以在启动时实现较小的输入电流过冲。

五、典型应用电路

（一）升压调节器

ADP1612/ADP1613可以用于基本的升压配置，通过连接适当的电感、电容、二极管和电阻，可以实现不同的输入、输出和负载条件。文中给出了多个升压调节器电路示例，包括不同输出电压和开关频率下的电路参数和效率曲线。

（二）SEPIC转换器

ADP1612/ADP1613还可以用于单端初级电感转换器（SEPIC）拓扑，适用于输入电压不稳定的应用，如电池供电的应用。在SEPIC拓扑中，输入和输出通过耦合电容进行直流隔离。

（三）TFT LCD偏置电源

该芯片可以用于TFT LCD模块应用的电源电路，提供+10V、 - 5V和+22V的输出。通过升压配置和电荷泵电路实现不同电压的输出。

六、PCB布局指南

良好的PCB布局对于实现高效率、良好的调节和稳定性至关重要。在设计PCB时，应遵循以下原则：

1. 保持低ESR输入电容靠近VIN和GND，以减少电路板寄生电感注入芯片的噪声。
2. 尽量缩短从输入电容通过电感到SW和GND的高电流路径，以及从VIN通过电感、整流器和输出电容的高电流路径。
3. 保持高电流走线尽可能短和宽，将反馈电阻靠近FB引脚放置，以防止噪声拾取。
4. 将补偿组件靠近COMP引脚放置，将软启动电容靠近器件放置，并将它们的接地直接连接到AGND平面，与GND引脚形成开尔文连接。
5. 避免在补偿和反馈电阻的高阻抗走线附近布线连接到SW或电感的节点，以防止辐射噪声注入。

ADP1612/ADP1613是一款功能强大、性能优越的升压DC - DC开关转换器，在众多应用场景中具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，应根据具体的应用需求，合理选择芯片和外部组件，并遵循正确的PCB布局原则，以实现最佳的性能和稳定性。你在实际设计中是否遇到过类似芯片应用的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和问题。