ADP2118降压调节器评估板全面解析

电子工程师在电源管理芯片的选型和应用设计中，常常需要对芯片进行评估和测试。ADP2118是一款性能出色的降压调节器，其评估板EVAL - ADP2118为我们提供了便捷的评估途径。下面我将结合ADP2118评估板的数据手册，详细探讨这款调节器的特点、评估过程、设计要点及性能优化方法。

文件下载：ADP2118-EVALZ.pdf

ADP2118产品概述

ADP2118是一款低静态电流、同步降压型DC - DC调节器，采用紧凑的4 mm × 4 mm LFCSP_WQ封装。它具有以下显著特点：

• 控制方案：采用电流模式、固定频率脉冲宽度调制（PWM）控制方案，具备出色的稳定性和瞬态响应能力。
• 轻载节能模式：在轻载情况下，可配置为脉冲频率调制（PFM）模式，降低开关频率以节省功耗。
• 输入电压范围：支持2.3 V至5.5 V的输入电压。
• 集成度高：集成了功率开关、同步整流器和内部补偿电路，仅需少量外部元件即可实现高效解决方案。
• 保护功能：具备欠压锁定（UVLO）、集成软启动、过压保护（OVP）、过流保护（OCP）和热关断（TSD）等丰富的保护功能。

评估板硬件及上电操作

跳线设置

评估板的跳线设置对于功能配置至关重要。具体设置如下表所示：	跳线	状态	功能
J2 (EN)	高	启用VOUT
	低	禁用VOUT
	高	强制PWM模式
J4 (SYNC/MODE)	低	启用PFM模式
	外部时钟	同步到外部时钟
J7 (FREQ)	高	fS = 1.2 MHz，若使用同步功能，与外部时钟相位差180°
	低	fS = 600 kHz，若使用同步功能，与外部时钟同相
J10 (TRK)	高	不使用跟踪功能
	外部电压	跟踪外部电压

电源连接

• 输入电源：连接前确保电源关闭。将电源正极连接到评估板的VIN终端（J3），负极连接到GND终端（J6）。若电源无电流表，需串联电流表进行电流监测。
• 输出负载：连接负载前关闭评估板。若负载包含电流表或无需测量电流，可直接将负载正极连接到VOUT终端（J9），负极连接到GND终端（J12）；若使用电流表，需将其串联在负载电路中。
• 电压表连接：使用电压表测量输入和输出电压时，要确保电压表连接到正确的测试点，避免因引线和连接点的电压降导致测量误差。

上电操作

完成电源和负载连接后，若输入电源电压高于2.3 V，评估板输出电压将升至1.2 V。

评估板性能测量

开关波形测量

使用示波器观察开关波形，将探头尖端置于测试点T4，探头接地端接GND。设置示波器为dc，2 V/division，1 µs/division时基，此时开关波形应在0 V和近似输入电压之间交替。

负载调整率测量

通过增加输出负载并测量T3和T5测试点之间的输出电压来测试负载调整率。

线性调整率测量

在固定输出电流的情况下，改变输入电压并测量输出电压。输入电压在T1和T2之间测量，输出电压在T3和T5之间测量。

效率测量

效率（η）通过比较输入功率和输出功率来计算，公式为 (eta=frac{V{OUT } × I{OUT }}{V{IN } × I{I N}})。

电感电流测量

移除电感一端与电路板焊盘的连接，使用导线连接焊盘和电感，再用电流探头测量电感电流。

输出电压纹波测量

将示波器探头跨接在输出电容（C4）两端，探头接地端接电容负极，探头尖端接电容正极。设置示波器为ac，10 mV/division，2 µs/division时基，20 MHz带宽。为减少高频噪声影响，可采用去除探头护套并缠绕无屏蔽导线的方法进行测量。

输出电压调整

评估板输出电压预设为1.2 V，可使用公式 (V_{OUT }=0.6 V timesleft(frac{R 4+R 3}{R 3}right)) 进行调整。

设计过程与外部元件选择

输入电容选择

输入去耦电容用于衰减输入的高频噪声，建议选用22 μF至100 μF的陶瓷电容，并将其放置在靠近PVIN引脚处，同时尽量减小由 (C_{DN})、PFET和NFET组成的回路面积。

VIN RC滤波器

在VIN引脚处需要使用RC滤波器来衰减开关噪声，一般推荐使用10 Ω电阻和0.1 μF、6.3 V的电容。

输出滤波器选择

ADP2118具有内部补偿功能，因此在选择输出滤波器时存在一定限制。选择电感时，需确保其均方根电流和饱和电流额定值分别高于通过公式 (I{L{-} RMS}=sqrt{I{O}^{2}+frac{1}{12}left(frac{V{OUT } timesleft(V{I N}-V{OUT }right)}{V{I N} × f{S} × L}right)^{2}}) 和 (I{L{-} Peak }=I{O}+frac{1}{2} × frac{V{OUT } timesleft(V{I N}-V{OUT }right)}{V{I N} × f{S} × L}) 计算得出的值。对于输出电容，推荐选用X5R或X7R陶瓷电容，并确保其直流电压额定值大于输出电压，均方根电流额定值大于通过公式 (I{C{OUT }-RMS }=sqrt{frac{1}{12}} × frac{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f_{S} × L}) 计算得出的值。

输出电压设置

若使用ADP2118的可调输出版本，可通过电阻分压器设置输出电压，公式为 (V{OUT }=0.6 V × frac{R{TOP }+R{BOT }}{R{BOT }})。为限制因FB偏置电流（最大0.1 μA）导致的输出电压精度下降至小于0.5%，应确保 (R{BOT }) 小于30 kΩ，建议使用10 kΩ、1%精度的电阻作为 (R{BOT })。若使用固定输出版本，直接将VOUT连接到FB引脚即可。

性能优化与布局指南

性能优化

ADP2118采用内部补偿，在一定程度上限制了转换器瞬态性能的优化。通过在反馈电阻分压器中添加前馈电容（(C{FF})），可优化瞬态响应。根据已知的交叉频率（(f{C})），使用公式 (C{F F}=frac{1}{2 × pi × f{C}} × sqrt{frac{left(R{T O P}+R{B O T}right)}{R{T O P}^{2} × R{B O T}}}) 计算所需的前馈电容值，选择合适的标准值可获得最佳瞬态性能。

布局指南

• 输入去耦电容（(C{IN})）应尽可能靠近PVIN和PGND引脚，减小由PVIN、PGND和 (C{IN}) 组成的回路面积。
• VIN滤波器应尽可能靠近VIN引脚放置。
• 建议使用接地层以降低噪声并提高散热效率。若不使用接地层，应将模拟地（GND）和功率地（PGND）分开，并在输出电容端子处连接。
• 在所有层的未使用区域填充铜，以降低功率元件的温度上升，并将铜区域连接到直流网络。
• 将FB引脚直接连接到反馈电阻分压器或输出（若使用固定输出版本），并确保反馈节点远离噪声源。
• 在SW和PGND之间添加RC缓冲器，可减少重载条件下开关节点的尖峰。

热性能与注意事项

热性能

通过评估板实测不同输出电压和输入电压下，最大输出电流随环境温度的变化曲线，可为用户在不同环境温度下使用ADP2118提供电流降额参考。

注意事项

评估板仅用于设备评估，不可用于生产目的。此外，ADP2118是静电放电（ESD）敏感设备，使用时需采取适当的ESD防护措施，避免性能下降或功能丧失。

ADP2118降压调节器凭借其出色的性能和丰富的功能，在电源管理应用中具有广泛的应用前景。通过合理使用评估板进行评估和测试，并按照设计要点进行外部元件选择和布局设计，可充分发挥ADP2118的优势，实现高效稳定的电源解决方案。大家在实际应用中是否遇到过类似的电源管理问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。