探索ADP2114评估板：多功能DC - DC转换器的实用指南

在电子工程师的日常工作中，找到一款合适的DC - DC转换器评估板至关重要。今天，我们就来深入了解一下Analog Devices推出的ADP2114评估板（EVAL - ADP2114），看看它有哪些特点、如何使用以及如何进行性能评估和配置修改。

文件下载：ADP2114-2PH-EVALZ.pdf

1. 评估板概述

1.1 特点

ADP2114评估板是一款功能齐全的演示板，专为ADP2114设计。它具有独立运行能力，是一款可配置的双同步降压DC - DC开关稳压器。其输出模式灵活，可实现双2A/2A或3A/1A输出，也能组合成单4A输出。输入电压范围为2.75V至5.5V，输出电压可选固定值（0.8V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V）或可调至最低0.6V。开关频率可在300kHz、600kHz、1.2MHz中选择，也能从200kHz至2MHz进行同步。此外，它还具备可配置的SYNC输入或CLOCKOUT输出、两个独立的使能输入和两个电源良好输出，尺寸为3 - 7/16英寸×2 - 5/8英寸。

1.2 应用

该评估板主要用于演示ADP2114的功能和可配置性，在用户电路中模拟ADP2114的功能，以及评估ADP2114的性能。

1.3 版本

ADP2114评估板有两个版本：ADP2114 - EVALZ，输出为3.3V@2A和1.8V@2A，开关频率设为600kHz，启用脉冲跳过模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，单路交错输出1.2V@4A，开关频率设为1.2MHz，采用强制PWM模式。环境温度工作范围为 - 40°C至 + 85°C。

2. 使用评估板

2.1 上电操作

评估板已完全组装并经过测试。上电前，需确保电源电压不超过ADP2114的最大工作输入电压5.5V。将电源负极连接到评估板的J2（GND）插孔，正极连接到J1（VIN +）插孔。连接负载时，要确保输出电压不超过负载的最大工作电压范围。对于通道1，将负载负极连接到J4（GND1），正极连接到J3（+ VOUT1）；对于通道2，将负载负极连接到J5（GND2），正极连接到J6（+ VOUT2）。在单路交错输出配置中，通过焊接Link CB3将通道1和通道2的输出短路在一起，负载负极可连接到J4（GND1）或J5（GND2），正极可连接到J3（+ VOUT1）或J6（+ VOUT2）。

2.2 使能和禁用DC - DC转换器

HEADER3 EN1用于控制通道1，可通过将中间引脚短接到VIN +（开启位置）或施加2.0V至5.5V的直流电压来启用通道1；将中间引脚短接到GND（关闭位置）或施加低于0.8V的正直流电压来禁用通道1。HEADER3 EN2用于控制通道2，操作方法与通道1相同。在单路交错输出配置中，EN1和EN2信号在Circuit Breaker CB1处连接在一起，可使用HEADER3 EN1或EN2同时启用和禁用通道1和通道2。

2.3 输入和输出电压测量

测量输入电压 (V{IN}) 时，将电压表负极探针连接到评估板的T2（GND）端子，正极探针连接到T1（VIN +）。测量通道1的输出电压 (V{OUT1}) 时，将负极探针连接到T4（GND1），正极探针连接到T3；测量通道2的输出电压 (V{OUT2}) 时，将负极探针连接到T5（GND2），正极探针连接到T6。在单路交错输出配置中，测量输出电压 (V{OUT}) 时，将负极探针连接到T7（GND），正极探针可连接到T3或T6。

2.4 外部同步

要将DC - DC转换器同步到外部时钟信号，需将HEADER3 SCFG的中间引脚短接到GND，将ADP2114的（SYNC/CLKOUT）引脚配置为输入。然后将外部时钟信号施加到测试点TP1 SYNC/CLKOUT，时钟信号的逻辑高电平范围为2.0V至输入电源电压 (V{IN}) ，逻辑低电平低于0.8V，外部时钟脉冲宽度应大于100ns，频率 (f{SYNC}) 等于目标PWM开关频率 (f{SW}) 的两倍。对于ADP2114 - EVALZ板，外部时钟频率 (f{SYNC}) 应在800kHz至2MHz范围内；对于ADP2114 - 2PH - EVALZ板， (f_{SYNC}) 应在1.6MHz至4MHz范围内。

2.5 内部时钟输出

将HEADER3 SCFG的中间引脚短接到VIN +，可使ADP2114的内部时钟在测试点TP1（SYNC/CLKOUT）可用。内部时钟频率 (f{CLKOUT}) 是转换器开关频率 (f{sw}) 的两倍，且相位偏移90°。

2.6 PGOOD1和PGOOD2信号

当通道1启用且输出电压 (V{OUT1}) 在调节范围内时，测试点PGOOD1的逻辑信号为高；当通道2启用且输出电压 (V{OUT2}) 在调节范围内时，测试点PGOOD2的逻辑信号也为高。在单路双相交错输出配置中，PGOOD1和PGOOD2信号在Circuit Breaker CB2处连接在一起，可使用测试点PGOOD1或PGOOD2监测转换器输出电压 (V_{OUT}) 是否在调节范围内。

3. 评估DC - DC转换器性能

3.1 开关波形观察

使用示波器观察开关波形时，将探头尖端放在与ADP2114的SWx引脚相连的电感L1（通道2为L2）末端，探头接地连接到GND。

3.2 输出电压纹波观察

观察输出电压纹波时，将示波器探头尖端放在转换器输出端（通道1为T3，通道2为T6），探头接地引线连接到T7（GND），示波器输入应设置为交流耦合。

3.3 效率测量

效率 (η) 通过比较转换器的测量输入功率和测量输出功率来计算，公式为 (η=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN} × I{IN}}) 。

3.4 线路调节测量

通过改变输入电压并测量输出电压的变化来测量线路调节。

3.5 负载调节测量

通过增加输出负载电流并测量输出电压的变化来测量负载调节。

3.6 线路瞬态响应观察

生成阶跃输入电压（ (V{IN}) ）变化，使用示波器观察输出电压（通道1为 (V{OUT1}) ，通道2为 (V_{OUT2}) ）的行为。

3.7 负载瞬态响应观察

在输出端（通道1为 (V{OUT1}) ，通道2为 (V{OUT2}) ）生成负载电流瞬变，使用示波器观察输出电压响应，可使用电流探头连接在输出和负载之间的导线上来可视化电流瞬变。

4. 修改评估板配置

4.1 更改操作模式设置

通过更换配置电阻R14的值，可以改变ADP2114 DC - DC转换器的操作模式。不同的R14值会设置每个通道的电流限制，并启用或禁用轻载时向脉冲跳过模式的转换。

4.2 更改输出电压

通过更换电阻R15、R16、R17和R18的值，可以更改转换器的输出电压设定点。当使用ADP2114的可调输出电压版本时，输出电压 (V{OUT1}) 由电阻分压器R5/R6设置， (V{OUT2}) 由电阻分压器R11/R12设置。计算所需电阻值时，首先要确保分压器电流 (I_{STRING}) 大于20μA，然后根据公式计算底部和顶部电阻的值。同时，当输出电压改变时，为确保稳定运行，需要重新计算并更改电感和输出电容以及补偿组件的值。

4.3 更改开关频率

通过更换电阻R19的值，可以更改开关频率 (f_{SW}) 的设定点。当开关频率改变时，为确保稳定运行，需要重新计算并更改电感、输出电容和补偿组件的值。

4.4 更改软启动时间

评估板上ADP2114的软启动时间编程为1ms。要更改软启动时间 (t{SS}) ，可根据公式 (C7[nF]=10 × t{SS}[ms]) （通道1）和 (C9[nF]=10 × t_{SS}[ms]) （通道2）更换电容C7（通道1）或C9（通道2）的值。

4.5 合并两个通道为单输出

对于单路交错双相输出，需要进行以下修改：焊接CB3上的桥接短接输出 + VOUT1和 + VOUT2；短接CB1连接EN1和EN2信号；短接CB2连接PGOOD1和PGOOD2信号；短接CB4连接FB1和FB2信号；短接CB5连接COMP1和COMP2信号；选择R15 = R17和R16 = R18设置相同的输出电压；将R14设置为4.7kΩ选择并设置操作模式为2A/2A、强制PWM配置。ADP2114 - 2PH - EVALZ版本已配置为交错双相单输出，1.2V@4A，1.2MHz开关频率和强制PWM模式。

5. 典型性能特性和Bode图

文档中提供了评估板在不同条件下的典型性能特性图，包括效率与负载、线路调节、负载调节、开关波形、负载瞬态响应和软启动等方面的曲线。同时，还给出了通道1和通道2的Bode图，展示了幅度和相位随频率的变化，以及交叉频率和相位裕度等信息。

6. 订购信息

ADP2114评估板有两个型号可供选择：ADP2114 - EVALZ，双输出，3.3V@2A和1.8V@2A，600kHz开关频率，启用脉冲跳过模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，单输出，双相交错，1.2V@4A，1.2MHz开关频率，强制PWM模式。此外，文档还提供了两个版本评估板的物料清单，包括每个元件的数量、参考编号、描述、制造商和零件编号。

在使用评估板时，工程师们还需要注意ESD（静电放电）问题，因为高能量ESD可能会对设备造成损坏。希望这篇文章能帮助电子工程师们更好地了解和使用ADP2114评估板，大家在实际应用中遇到问题，不妨在评论区分享交流。