MagI³C VDRM可变降压调节器模块：设计与应用指南

在电子设计领域，电源模块的性能和可靠性至关重要。今天，我们将深入探讨Würth Elektronik的MagI³C Power Module产品家族中的VDRM - 可变降压调节器模块（型号：171021501/WPMDU1251501NT），详细介绍其特性、应用、设计步骤以及注意事项。

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一、产品概述

VDRM系列是一款高度集成的电流模式DC/DC电源模块，将开关功率级、控制电路和无源元件整合在一个小尺寸的QFN封装中。它具备内置补偿电路和软启动功能，可实现平稳、安全的上电过程。仅需少量外部组件，就能消除环路补偿和磁性元件选择的繁琐过程，适用于对高度有要求的印刷电路板。

关键特性

• 高效转换：峰值效率高达96%，能有效减少能量损耗。
• 大电流输出：可提供高达2.5A的输出电流，满足多种负载需求。
• 宽输入电压范围：7V - 50V的输入电压范围，适应不同电源环境。
• 精准输出电压：输出电压可在2.5V - 15V之间精确调节，确保稳定供电。
• 保护功能完善：具备过温、过流、欠压锁定等多种保护电路，保障设备安全运行。
• 灵活配置：支持外部时钟同步，可根据需求调整开关频率。

二、应用领域

该模块适用于多种应用场景，包括：

• 负载点DC - DC应用：如服务器、数据和电信系统中的电源供应。
• 系统电源：为DSP、FPGA、MCU和MPU等提供稳定电源。
• I/O接口：满足各类接口设备的供电需求。

三、设计步骤

（一）输出电压编程

通过连接在Vout节点和VADJ引脚（Pin 36）之间的RSET电阻来确定输出电压。对于高于5V的输出电压，可通过在RT/CLK（Pin 31）和AGND（Pin 30）之间添加RRT电阻来提高工作频率，以获得更好的性能。	V OUT	R SET	R RT	f SW
2.5V	21.5kΩ	Open	400kHz
3.3V	31.6kΩ	Open	400kHz
5V	52.3kΩ	1.1MΩ	500kHz
9V	102kΩ	365kΩ	700kHz
12V	140kΩ	267kΩ	800kHz
15V	178kΩ	178kΩ	1000kHz

对于其他输出电压，可使用公式 (R{SET}=10 *left(frac{V{OUT }}{0.798}-1right) k Omega) 计算RSET的值。

（二）欠压锁定分压编程

在启动和关机过程中，通过RUVLO1和RUVLO2两个电阻设置欠压锁定（UVLO）的开启和关闭阈值，以确保设备正常启动并减少输入电源的电流浪涌。建议将UVLO阈值设置为预期最小输入电压的80% - 85%。 [R{UVLO1}=frac{left(V{ON}-V{OFF}right)}{2.9 * 10^{-3}} k Omega] [R{UVLO2}=frac{1.25}{left(frac{left(V{ON}-1.25right)}{R{UVLO1}}right)+0.9 * 10^{-3}} k Omega]

（三）设置工作频率

模块的标称开关频率出厂设置为400kHz，对于5V及以上的输出电压，可通过在RT/CLK引脚和AGND引脚之间添加RRT电阻来提高工作频率，以减少输出电压纹波、降低脉冲跳过开始的负载电流阈值并改善瞬态响应。同时，也支持将开关频率同步到外部时钟信号。

（四）输入电容选择

模块需要至少4.4μF的陶瓷输入电容，电容的电压额定值应高于最大输入电压，纹波电流额定值至少为450mArms。

（五）输出电容选择

输出电容可由全陶瓷电容或陶瓷与大容量电容组合构成，所需输出电容至少包括100μF的陶瓷电容（或2 x 47μF）。额外的电容根据实际瞬态偏差要求确定。

（六）布局考虑

为实现最佳电气和热性能，需要优化PCB布局：

• 使用大面积铜区域作为电源平面（VIN、VOUT和PGND），以减少传导损耗和热应力。
• 将陶瓷输入和输出电容靠近模块引脚放置，以减少高频噪声。
• 在陶瓷电容和负载之间放置额外的输出电容。
• 在MagI³C Power Module下方放置专用的AGND铜区域。
• 使用PGND铜区域将PH铜区域与VOUT铜区域隔离。
• 在引脚8和9处将AGND和PGND铜区域连接。
• 将RSET、RRT和Css尽可能靠近各自的引脚放置。
• 使用多个过孔将电源平面连接到内部层。
• 使用专用的感测线将RSET连接到负载附近的VOUT，以实现最佳调节。

四、可选功能

（一）软启动电容选择

对于5V及以下的输出电压，模块内置的软启动电容足以满足需求；对于高于5V的输出电压，建议添加额外的软启动电容。

（二）输出开关死锁控制

DL引脚可实现设备的电气开关控制，通过控制DL引脚的电压来启动或停止设备的运行。

（三）同步CLK选项

内部锁相环（PLL）允许在300kHz - 1MHz之间进行同步，可将开关频率同步到外部时钟信号。

（四）电源良好指示

PG引脚是一个开漏输出，当输出电压在设定电压的94% - 106%之间时，PG引脚释放下拉并浮空；当输出电压低于91%或高于109%时，PG引脚拉低。

五、固有特性

（一）输入电压

模块的输入电压范围为7V - 50V，最小输入电压取决于输出电压，最大输入电压为50V或（15 x VOUT）中的较小值。

（二）上电特性

在施加有效输入电压后，模块通过内部软启动电路缓慢提升输出电压，限制输入源的浪涌电流。

（三）轻载特性

作为非同步转换器，在轻载时会出现脉冲跳过现象，导致输出电压纹波增加和纹波频率降低。

（四）电磁干扰

模块符合EN55022标准，具有良好的电磁兼容性。

六、保护功能

（一）热关断

当结温超过180°C时，内部热关断电路会强制设备停止开关；当结温降至165°C以下时，设备重新启动。

（二）过流保护

模块采用逐周期电流限制，在过流情况下限制输出电流并降低输出电压。建议使用输出保险丝、电压监控电路或其他过流保护电路来应对持续短路情况。

七、应用电路示例

提供了不同输出电压下的推荐参数，包括输入电压、电阻值、电容值等，方便工程师进行设计。

八、注意事项

在使用该模块时，需要注意以下几点：

• 遵循数据手册中的所有建议和技术规范。
• 避免在可能损坏组件表面的环境中使用和处理产品。
• 注意焊接轮廓，确保符合技术回流或波峰焊接规范。
• 产品应在12个月内使用，以保证可焊性。
• 避免超过绝对最大额定值，否则将失去保修。
• 手动处理和机械加工时需遵循ESD预防方法。

MagI³C VDRM可变降压调节器模块以其高性能、高集成度和灵活的设计特点，为电子工程师提供了一种可靠的电源解决方案。通过合理的设计和应用，能够满足各种复杂的电源需求。你在使用类似电源模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。