深入解析 MIC23451 评估板：一款高效的 3MHz PWM 三通道 2A 降压调节器评估方案

在电子设计领域，电源管理芯片的性能评估至关重要。今天我们要详细探讨的是 MICREL 公司的 MIC23451 评估板，它针对的是 MIC23451 这款高度集成的三输出、2A、3MHz 开关调节器，对于工程师们来说，这是一个评估该调节器性能的绝佳工具。

文件下载：MIC23451-AAAYFL-EV.pdf

一、产品概述

调节器特性

MIC23451 具有显著的特点。它采用 HyperLight Load® 模式和 Power Good 输出指示功能，在整个输出电流范围内都能保持高效。每个通道在工作时仅消耗 24µA 的静态电流，其 4mm × 4mm 的 DFN 小尺寸封装节约了宝贵的 PCB 空间，并且所需的外部组件极少。此外，它能够在最苛刻的条件下提供精确的输出电压调节，每个通道对负载瞬变的响应极快，输出电压纹波极小。

评估板用途

评估板为客户提供了评估 MIC23451 性能的平台，让工程师们能够直观地了解该调节器在实际应用中的表现。

二、使用要求

电源要求

评估板需要一个 20W 的单路可调台式电源，输入电压范围为 2.7V 至 5.5V。

负载要求

负载可以是有源（电子负载）或无源（电阻），且必须能够承受 10W 的功率。

测试设备

虽然使用示波器来观察电路波形是理想的，但并非必需。最简单的测试只需两个电压表来测量输入和输出电压。若要进行单通道的效率测量，则需要两个电压表和两个电流表，以避免测量误差。

三、使用注意事项

评估板没有输入反向保护，因此在连接输入电源时，务必注意极性正确，防止因极性接反而损坏设备。

四、操作步骤

连接电源

将外部电源连接到 (V{IN })（J1）端子和 GND（J2）。在电源输出禁用的情况下，将其电压设置为所需的输入测试电压（ (2.7 ~V ≤V{IN} leq) 5.5V）。可以在输入电源和 (V{IN })（J1）端子之间放置一个电流表，但要注意监测 (V{IN })（J1）端子处的电源电压，因为电流表和/或电源线电阻可能会降低提供给设备的电压。

连接负载

将负载连接到 (V{OUT }) 端子（J6、J7、J8）和接地（J3、J4、J5）端子。负载可以是无源（电阻性）或有源（电子负载），同样可以在负载和输出端子之间放置一个电流表，并确保在 (V{OUT })（J6、J7、J8）端子处监测输出电压。

启用调节器

MIC23451 评估板每个通道都有一个上拉电阻连接到 (V_{IN })。默认情况下，当施加 (>2.7V) 的输入电源时，每个输出电压都会启用。若要禁用设备，可向 EN（J10、J12、J14）端子施加低于 0.4V 的电压。

监测 Power Good 功能

评估板为每个通道提供了 Power Good 测试点（J9、J11、J13），用于监测 Power Good 功能。当输出电压达到其标称电压的 90% 后约 60µs，Power Good 输出将变为高电平。

五、其他特性

软启动电容

MIC23451 每个通道都有内部软启动功能，无需外部软启动电容。每个通道的典型软启动时间为 150µs。

反馈电阻

反馈（FB）引脚是用于编程输出电压的控制输入。通过一个电阻分压器网络连接到该引脚，与调节环路内的内部 0.62V 参考电压进行比较。可以使用公式 (V{OUT }=V{REF } timesleft(1+frac{R 7}{R 8}right)) 来编程输出电压，范围在 1V 至 3.3V 之间。文档中还给出了不同输出电压对应的反馈电阻值示例，如 1.2V 对应 (R7 = 274kΩ)，(R8 = 294kΩ) 等。

Power Good（PG）

评估板为每个通道提供了监测 PG 信号的测试点，这是一个与输出电压的开漏连接，板上有一个 10kΩ 的上拉电阻。当输出电压超过标称设定电压的 90% 后约 60µs，PG 信号将被置为高电平。

HyperLight Load 模式

MIC23451 使用最小导通和关断时间的专有控制环路（由 Micrel 专利）。当输出电压低于调节阈值时，误差比较器启动一个开关周期，使 PMOS 导通并保持最小导通时间，从而提高输出电压。如果输出电压超过调节阈值，误差比较器将 PMOS 关断最小关断时间，直到输出电压降至阈值以下。NMOS 作为理想整流器，在 PMOS 关断时导通。这种 PMOS 和 NMOS 的异步开关组合使控制环路在轻载操作时能够以不连续模式工作，采用脉冲频率调制（PFM）来调节输出。随着输出电流的增加，关断时间减少，为输出提供更多能量。当负载电流增加时，MIC23451 进入连续导通模式（CCM），并以 3MHz 为中心的频率进行开关。可以使用公式 (I{LOAD }>left(frac{left(V{IN }-V_{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 来近似计算 MIC23451 进入连续导通模式时的负载。从“Evaluation Board Performance”部分的“Switching Frequency vs. Load”图可以看出，随着输出电流的增加，开关频率也会增加，当输出电流约为 120mA 时，MIC23451 从 Hyper Light Load 模式切换到 PWM 模式，之后输出电流超过 120mA 时，将以约 3MHz 的相对恒定频率进行开关。

六、评估板性能

文档中给出了多个性能图表，包括开关频率与负载电流的关系、效率与输出电流的关系、使能阈值、欠压锁定（UVLO）阈值、PG 阈值与输入电压和温度的关系，以及线路调节与温度和输入电压的关系等。这些图表为工程师们提供了直观的数据，帮助他们了解 MIC23451 在不同条件下的性能表现。

七、评估板原理图和物料清单

原理图

文档提供了评估板的原理图，展示了各个组件的连接方式，有助于工程师们深入了解电路结构。

物料清单

详细列出了评估板所使用的组件，包括电容、电阻、电感和调节器芯片等，每个组件都有对应的型号、制造商和数量。例如，电容 C1、C2、C3 采用 Murata 的 GRM188R60J106KE19D，电阻 R1 - R6 采用 Vishay 的 CRCW060310K0FKEA 等。

八、PCB 布局建议

文档还给出了 PCB 布局的相关建议，虽然没有详细描述具体的布局要点，但提供了不同层的 PCB 布局图，为工程师们在实际设计 PCB 时提供了参考。

通过对 MIC23451 评估板的详细分析，我们可以看到它为工程师们提供了一个全面评估 MIC23451 调节器性能的平台。在实际应用中，工程师们可以根据这些信息，更好地利用 MIC23451 来设计高效、稳定的电源管理电路。大家在使用过程中有没有遇到过类似评估板的问题呢？欢迎在评论区分享交流。