ADP5091/ADP5092 超低功耗能量采集 PMU 评估板使用指南

在电子设计领域，能量采集技术正变得越来越重要，尤其是在一些对功耗要求极高的应用场景中。ADP5091/ADP5092 超低功耗能量采集 PMU 就是这样一款具有创新性的产品，其评估板 ADP5091 - 1 - EVALZ 和 ADP5092 - 1 - EVALZ 为工程师提供了便捷的评估途径。下面就来详细介绍这款评估板的相关内容。

文件下载：ADP5091-1-EVALZ.pdf

一、ADP5091/ADP5092 概述

ADP5091/ADP5092 是一款 2 通道超低功耗能量采集 PMU，采用紧凑的 4mm×4mm LFCSP 封装。ADP5091 - 1 - EVALZ 和 ADP5092 - 1 - EVALZ 评估板可在 0.38V 至 3.3V 的输入电压下运行，仅需极少的外部组件，就能凭借集成的功率开关、同步整流器、电池管理以及混合控制和稳压输出，提供高效的解决方案。

二、评估板设置

1. 跳线设置

跳线设置对评估板的功能配置起着关键作用，具体设置如下：	跳线	状态或连接	功能
J1 (DIS_SW)	SYS	禁用主升压
	GND	启用主升压
J2 (VID)	浮空	将 REG_OUT 设置为 2.5V
	RES	通过 VID 连接外部电阻到地来设置输出电压
	GND	通过 REG_FB 引脚的外部电阻分压设置输出电压
J3 (REG_D1)	SYS	启用 REG_OUT 的 LDO 模式
	GND	禁用 REG_OUT 的 LDO 模式
J4 (PGOOD)		当 SYS 电压升至预设的 SETPG 上升阈值时拉高
J5 (REG_D0)	SYS	启用 REG_OUT 的升压模式
	GND	禁用 REG_OUT 的升压模式
J12 (RDIV)	MPPT	具有 MPPT 传感功能
	浮空	无 MPPT 动态传感功能，在 CBP 引脚提供外部电压作为 MPPT 电压
J13 (FIX MPPT)	浮空	动态 MPPT 传感模式
	连接	MPPT 固定模式

2. 输入电源连接

能量采集电源通常是高阻抗源。若使用源表模拟能量采集器，需将其配置为电流源，并将电压限制设置为采集器的开路电压。对于低输出阻抗电源（电压源），则需在电源和 VIN 引脚之间使用物理外部电阻 (R) 来模拟采集器的阻抗。连接时，要注意将电源的正负极分别连接到评估板的 VIN 端子 (J11) 和 GND 端子 (J11)。若输入电源没有电流表，还需串联一个电流表进行电流测量。

3. SYS 负载连接

在连接负载到评估板之前，要确保 SYS 电压高于 2V 或电源良好信号为高电平。若负载自带电流表或无需测量电流，可直接将负载连接到评估板的 SYS 端子 (J9) 和 GND 端子 (J9)；若使用电流表，则需将其串联在负载和评估板之间。

4. 存储元件连接

评估板可对多种能量存储元件进行充电，如可充电电池、超级电容器和常规电容器等。不过，要考虑电池和超级电容器的显著漏电流。具体应用信息可参考 ADP5091/ADP5092 数据手册。

5. 输入和 SYS 电压表连接

使用电压表测量输入和 SYS 电压时，要确保电压表连接到板上合适的测试点。具体连接方式为：将输入电压测量电压表的正负极分别连接到测试点 TP6 和 TP10，将输出电压测量电压表的正负极分别连接到测试点 TP5 和 TP7。

6. REG_OUT 负载连接

REG_OUT 是一个可通过 VID 引脚设置的稳压输出。REG_D0 和 REG_D1 控制 REG_OUT 的工作模式。连接负载的方式与 SYS 负载连接类似，若负载自带电流表或无需测量电流，可直接连接；若使用电流表，则需串联在负载和评估板之间。

三、评估板上电

只要输入电流源的开路电压高于冷启动的最小输入电压 (0.38V)，且输入功率高于冷启动的最小输入功率 (6µW)，当 SYS 电压低于冷启动阈值 (1.93V) 时，评估板进入冷启动；否则，评估板启用主升压而非冷启动。当 MPPT 采样电路激活时，由于没有输入电流在阻抗上产生压降，可检测到采集器的开路电压。主升压开始运行并吸取电流，直到 VIN 电压降至存储在 CBP 引脚的采样 MPPT 电压。

此外，还可通过连接到 BACKUP 引脚的可选主电池来加速冷启动或维持系统负载。当 (V{BAT }UP }) 且 (V{BAT }UP 引脚和 SYS 引脚之间的内部功率开关；当 (V{BAT}>V_{BACKUP }) 且 (V{BAT }>V_{SET_BK }) 时，内部功率开关关闭。

四、评估板性能测量

1. 测量开关波形

使用示波器观察开关波形时，将示波器探头尖端放在测试点 TP4，探头接地连接到测试点 TP12 GND。将示波器设置为直流耦合，2V/格，10µs/格时基。开关波形在 0V 和近似 SYS 电压之间交替。

2. 测量效率

通过比较输入功率和输出功率来测量效率 (η)。将 RDIV 跳线 (J12) 浮空，并在 CBP 引脚提供外部电压作为 MPPT 电压，使输入电压调节到该电压。使用可吸收电流的电压源表连接到 SYS 引脚，可获得输出电压和输出电流。效率计算公式为：(eta=frac{V{SYS} × I{SYS}}{V{IN} × I{IN}})

3. 测量电感电流

测量电感电流时，需将电感的一端从板上的焊盘上移除，并用一根导线连接焊盘和电感，然后使用电流探头测量电感电流。

4. 测量输出电压纹波

观察输出电压纹波时，将示波器探头跨接在输出电容器 C2 和 C3 上，探头接地端放在电容器负极，探头尖端放在电容器正极。将示波器设置为交流耦合，50mV/格，1 秒/格时基和 20MHz 带宽。为消除高频噪声注入，需移除示波器探头护套，并将一根无屏蔽导线缠绕在示波器探头上，尽量缩短示波器探头的接地长度，以测量真实的纹波。

5. 电压调整

ADP5091 - 1 - EVALZ 和 ADP5092 - 1 - EVALZ 的输出电压预设为 3.5V，可通过以下公式进行调整： [V{SYS}=frac{3}{2} V{REF}left(1+frac{R5}{R12}right)] 为防止 BAT 处的存储元件深度放电，可使用以下公式编程电压阈值： [V{SETSD}=V{REF}left(1+frac{R3}{R10}right)] 其中，典型的 (V_{REF}) 值为 1.0V。

REGOUT 的稳压输出电压可通过 VID 跳线 (J2) 设置，也可通过外部反馈电阻分压进行编程，公式为： [V{REGOUT}=V{REF}left(1+frac{R7}{R9}right)] 同样，典型的 (V_{REF}) 值为 1.0V。

五、评估板原理图和布局

文档中提供了 ADP5091 - 1 - EVALZ 和 ADP5092 - 1 - EVALZ 评估板的原理图和布局图，这些图对于深入了解评估板的电路结构和设计非常有帮助。

六、订购信息和物料清单

文档还给出了评估板的订购信息和详细的物料清单，包括各个元件的数量、参考编号、描述、型号、PCB 封装和供应商等信息，方便工程师进行采购和设计。

七、注意事项

1. ESD 注意

该评估板是静电放电 (ESD) 敏感设备，带电设备和电路板可能会在无检测的情况下放电。尽管产品具有专利或专有保护电路，但高能量 ESD 仍可能对设备造成损坏。因此，要采取适当的 ESD 预防措施，避免性能下降或功能丧失。

2. 法律条款

使用评估板即表示同意相关的法律条款和条件。评估板仅用于评估目的，不得用于其他用途，且不得出租、租赁、展示、销售、转让、分配、转授权或分发评估板，也不得允许第三方访问评估板。ADI 保留评估板的所有权，客户在停止使用或协议终止时需及时归还评估板。

总之，ADP5091/ADP5092 评估板为工程师提供了一个全面评估超低功耗能量采集 PMU 的平台。通过合理设置和测量，工程师可以更好地了解该产品的性能和特点，为实际应用提供有力支持。大家在使用过程中遇到任何问题，不妨多参考数据手册和相关文档，也欢迎在评论区交流讨论。