SP7663 评估板：同步降压转换器的高效之选

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环。今天，我们就来深入了解一下 Sipex 公司的 SP7663 同步降压转换器及其评估板，看看它能为我们带来哪些惊喜。

文件下载：SP7663EB.pdf

一、SP7663 转换器概述

SP7663 是一款输入范围为 0 至 22V，输出范围为 0 至 6A 的同步降压转换器。它具有诸多令人瞩目的特性：

• 集成度高：内置低 RDS(ON) 功率 FET，采用高集成设计，所需外部组件极少。
• 保护功能丰富：具备欠压锁定（UVLO）功能，可同时检测 VCC 和 VIN；还有输入欠压保护（UVIN）、可编程软启动、内置 VCC 电源、电流限制和输出短路保护等。
• 效率出色：最高效率可达 90%，能有效降低功耗，提高能源利用率。

二、评估板使用指南

1. 上电操作

将 SP7663 评估板与外部 +12V 电源连接，使用短导线和大直径电线直接连接到“VIN”和“GND2”接线柱。在 VOUT 和 GND1 接线柱之间连接负载时，同样使用短导线和大直径电线，以减少电感和电压降。

2. 输出负载特性测量

为了获得准确的测量结果，建议使用评估板中心的星型接地柱（Star GND post）作为所有示波器和数字万用表的接地参考。测量 VOUT 纹波时，将探头尖端接触 C3 的焊盘，示波器的接地环接触星型接地柱，避免使用示波器的接地引线，以免增加噪声拾取。

3. 不同输出电压设置

评估板默认输出电压为 3.30V。若要更改输出电压，只需更改一个电阻 R2 即可。其计算公式为： [R 2=frac{R 1}{left(frac{ VOUT }{.80 V}-1right)}] 其中 (R 1 = 68.1 ~K Omega)。当 Vout = 0.80V 时，只需从板上移除 R2。同时，为保证系统环路稳定，可将 R1 的电阻范围限制在 (50 ~K Omega ≤R 1 ≤100 ~K Omega)。

4. 电流限制调整

SP7663ER 提供短路保护，通过感应 VOUT 在 GND 处的电压来实现。转换器的电流限制设置约为 9A，可通过感应电感中的电流来完成。若要调整电流限制，可遵循以下公式：

• 上调电流： [R 9=frac{60 mV cdot(R 3+R 4)}{I max cdot(DCR-60 mV)}]
• 下调电流： [R 8=R 4 cdotleft(frac{( Vout -60 mV)+(Imax cdot D C R)}{60 mV-(Imax cdot D C R)}right)] 其中 DCR 是电感绕组电阻，IMAX 是所需的输出电流。更详细的电流限制信息可在 SP7663 数据手册中找到。

三、电源供应数据

SP7663ER 设计了一个在线路、负载和温度变化时精度为 2.0% 的参考电压。从典型的评估板效率图（图 1）中可以看出，其效率最高可达 90%，输出电流可达 6A。在满载时，输出电压纹波小于 50mV，LX 节点的相关数据如图 2 所示。图 3 和图 4 展示了 3A 到 6A 以及 0A 到 6A 的负载阶跃响应，图 5 和图 6 则显示了短路和电流限制情况，图 7 和图 8 呈现了满载和空载时的典型启动特性。这些数据均是在 12VIN 条件下测得的。

四、环路补偿设计

1. Type III 环路补偿设计

SP7663EB 的开环增益可分为误差放大器增益 Gamp(s)、PWM 调制器增益 Gpwm、降压转换器输出级增益 Gout(s) 和反馈电阻分压器增益 Gfbk。为了在选定频率 fco 处实现交叉，误差放大器的增益必须补偿该频率下环路其余部分引起的衰减。环路补偿的目标是使开环频率响应的增益以 –20dB/dec 的斜率穿过 0dB。开环交叉频率应高于输出电容的 ESR 零点，但小于开关频率 fs 的 1/5 至 1/10，以确保正常运行。由于 SP7663EB 使用陶瓷输出电容，需要一个 Type III 补偿电路来提供 180° 的相位提升，以抵消输出 LC 欠阻尼谐振双极点频率的影响。

2. Type II 环路补偿设计

当转换器输出选择电解或钽输出电容时，由于其成本较低，可采用 Type II 补偿。此时，输出电容 ESR 引起的零点在几千赫兹范围内，大大简化了电压环路补偿设计。通过在第一个极点之前的补偿环路中添加一个额外的零点，可以扩展电压环路带宽，并提供 90° 的相位提升，从而改善整体瞬态响应时间。大多数 Type III 补偿组件值的计算准则也适用于 Type II，只是不需要 RZ2、CZ2、CP1、RZ3 和 CZ3 组件。

五、输出应用原理图及典型结果

采用 Type II 补偿的 SP76562ER 配置为 VIN = 12V，VOUT = 3.3V，输出电流为 0 - 6A。图 13 和图 14 显示，在空载到 6A 负载的情况下，输出电压纹波约为 150mV，同时展示了 3A 到 6A 和 0A 到 6A 负载阶跃的瞬态响应。

六、PC 布局图纸及推荐组件

文档中提供了 SP7663EB 的 PC 布局图纸，包括顶层、第二层、第三层和底层的布局。同时，还列出了一份推荐组件清单，包含了每个组件的参考编号、数量、制造商、型号、布局尺寸、组件描述和供应商电话等信息，方便工程师进行设计和采购。

七、订购信息

SP7663 有评估板（SP7663EB）和芯片（SP7663ER）两种产品可供选择，温度范围均为 -40°C 至 +85°C，评估板的包装为通用形式，芯片采用 26 引脚 DFN 封装。

SP7663 及其评估板为电子工程师提供了一个高效、可靠的电源管理解决方案。通过合理利用其特性和进行适当的设计调整，能够满足各种不同的应用需求。你在使用类似电源管理芯片时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。