超強(qiáng)米粒電源 —— ADI MAXM17572評測

Analog Devices Inc（ADI）.是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司。其Himalaya系列穩(wěn)壓器IC、電源模塊和充電器可實(shí)現(xiàn)溫度更低、尺寸更小且更簡單的電源解決方案。ADI最新推出的MAXM17572是一款高效、同步、Himalaya降壓DC-DC電源模塊，廣泛應(yīng)用于工業(yè)電源、分布式電源調(diào)節(jié)、FPGA和DSP負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器、基站負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器，HVAC和樓宇控制。MAXM17572集成控制器、MOSFET、補(bǔ)償元件和電感，可在寬輸入電壓范圍內(nèi)工作。該模塊顯著降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和制造風(fēng)險(xiǎn)，并提供了真正的“即插即用”電源解決方案?？梢允箍蛻粝嚓P(guān)產(chǎn)品縮短了上市時(shí)間。讓人贊嘆的是，MAXM17572功能強(qiáng)大，體積卻僅僅只有3.5mm*3.5mm*2.3mm，是名符其實(shí)的米粒電源。

為了評估MAXM17572性能，ADI最新推出了 MAXM17572 5V輸出評估板MAXM17572_EVKIT。 評估板針對5V輸出編程，并提供高達(dá)1A負(fù)載電流1A。可編程開關(guān)頻率為900kHz，可實(shí)現(xiàn)最佳效率 和元件尺寸。該評估板具有可調(diào)的輸入欠壓鎖定，可調(diào)軟啟動(dòng)，開漏復(fù)位信號以及外部頻率同步。

實(shí)物開箱和硬件介紹

拿到手的MAXM17572_EVKIT評估板如圖1所示，整個(gè)板體由4個(gè)絕緣柱支撐。這樣設(shè)計(jì)評估板在放置和拿取的時(shí)候更合理，也方便了很多。

圖1 整體圖

評估板MAXM17572_EVKIT的體積非常小，長寬尺寸只有63mmX63mm。如圖2、圖3所示，其功能分區(qū)大體如下。

圖2 頂面布局圖

圖3 底面布局圖

主要性能參數(shù)

評估板的評估板MAXM17572_EVKIT主要性能和參數(shù)如下所示：

• 7.0V至60V寬輸入范圍
• 設(shè)定5V輸出，最高可達(dá)1A輸出電流
• 高達(dá)89.4%效率（VIN = 24V，VOUT = 5V，0.7A時(shí)）
• 900kHz切換頻率
• 啟用/UVLO輸入，電阻器可編程的UVLO閾值
• 設(shè)定1ms軟啟動(dòng)時(shí)間
• PWM工作模式
• 開漏復(fù)位輸出
• 外部頻率同步
• 過流和過熱保護(hù)
• 符合CISPR32（EN55032）B級的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。

電路圖分析

圖4 電路圖

MAXM17572_EVKIT提供了一個(gè)始終通過JU2設(shè)置啟用或禁用輸出的選項(xiàng)。此外，轉(zhuǎn)換器可以在具有適當(dāng)值R2和R3的期望輸入電壓下導(dǎo)通。RT/SYNC焊盤提供了一個(gè)接口，用于將設(shè)備切換與外部時(shí)鐘同步。額外的RESET焊盤可用于監(jiān)測輸出電壓調(diào)節(jié)狀態(tài)。在評估套件的底層，包括可選組件的額外封裝，以便于對不同輸入/輸出配置的板進(jìn)行修改。下面對評估板電路圖進(jìn)行詳細(xì)分析。

設(shè)置開關(guān)頻率

開關(guān)頻率的選擇必須考慮輸入電壓范圍、所需輸出電壓、MAXM17572的tON_MIN和環(huán)境溫度，通過電阻器R1值改變。R1連接在RT/SYNC和SGND引腳之間。電阻值的選擇參照MAXM17572的datasheet。評估套件為了獲得最佳性能，5V輸出選擇900kHz的開關(guān)頻率，R1值選擇21.5kΩ。

輸出電容器選擇

X7R陶瓷輸出電容器是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈冊诠I(yè)應(yīng)用中對溫度的穩(wěn)定性。電容值的選擇參照MAXM17572的datasheet。該評估套件的輸出電容器（C13）選擇為22μF/25V。

調(diào)整輸出電壓

MAXM17572支持從0.9V到12V的可調(diào)輸出電壓范圍。要對不同的輸出電壓進(jìn)行編程，請根據(jù)MAXM17572 datasheet中的信息，使用連接在OUT、FB和GND之間的適當(dāng)反饋電阻分壓器。評估套件的R7和R8對應(yīng)于MAXM17572 datasheet中的RU和RB。

軟啟動(dòng)編程

MAXM17572提供可調(diào)節(jié)的軟啟動(dòng)功能，以限制啟動(dòng)期間的涌入電流。從SS引腳連接到SGND的電容器對軟啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行編程。

軟啟動(dòng)時(shí)間（tSS）通過以下等式與連接在SS（C11）處的電容器相關(guān)：

C11=5.55 * 10-6 * tSS

該評估板的軟啟動(dòng)時(shí)間為1ms，C11=5.6nF。

啟用/欠壓鎖定（EN/UVLO）編程

評估套件包括一個(gè)由R2和R3組成的電阻分壓器，從VIN連接到SGND，以在所需的輸入電壓（VINU）下打開設(shè)備。R2選擇為3.3MΩ。通過調(diào)整R3，使用以下等式對輸入電壓開啟閾值電平進(jìn)行編程。

其中R3的單位為MΩ。

對于MAXM17572在7V輸入時(shí)導(dǎo)通，電阻器（R3）計(jì)算為698kΩ。

外部時(shí)鐘同步（RT/SYNC）

評估套件包括RT/SYNC焊盤，用于施加外部時(shí)鐘信號以與內(nèi)部振蕩器同步。應(yīng)用的外部同步時(shí)鐘頻率必須在1.1*fSW和1.4*fSW之間，其中fSW是評估套件的R1電阻器編程的頻率。

EXTVCC線性穩(wěn)壓器

評估套件提供跳線JU1，通過EXTVCC功能從VOUT向VCC供電。用EXTVCC自舉VCC提高了在較高輸入電壓下的效率。如果輸出電壓大于4.7V（典型值），使用JU1將OUT端子連接到EXTVCC。

電磁干擾（EMI）

符合傳導(dǎo)發(fā)射（CE）標(biāo)準(zhǔn)要求在開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的輸入端安裝EMI濾波器。EMI濾波器衰減由開關(guān)功率轉(zhuǎn)換器汲取的高頻電流，并限制注入輸入電源的噪聲。

MAXM17572 評估套件PCB在底部有指定的封裝，用于放置EMI濾波器組件。

熱插拔和長輸入電纜

評估套件PCB在輸入端子處提供電解電容器（C2，22μF/100V）。當(dāng)直流輸入源通過長輸入電纜熱插拔至評估套件輸入端子時(shí)，該輸入電容器限制了MAXM17572電源模塊輸入端的峰值電壓。

電解電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）抑制了由長輸入電纜的電感和功率模塊輸入處的陶瓷電容器的相互作用引起的振蕩。

相關(guān)資料

核心器件

MAXM17572位評估板核心器件，采用峰值電流模式控制架構(gòu)。具體性能如下：

易于使用

• 寬輸入電壓范圍：4.5V 至 60V
• 輸出可在 0.9V 至 12V 范圍內(nèi)調(diào)整
• 反饋精度為 ±1.2%
• 高達(dá) 1A 輸出電流
• 內(nèi)部控制環(huán)路補(bǔ)償
• 全陶瓷電容器

靈活的設(shè)計(jì)

• PWM 工作模式
• 具有外部頻率同步功能的可調(diào)頻率（400kHz 至 2.2MHz）
• 可編程軟啟動(dòng)
• 開漏電源正常輸出（R(--)E(--)S(--)E(--)T(--)引腳）
• 可編程 EN/UVLO 閾值
• 用于提高效率的輔助自舉電源 (EXTVCC)

穩(wěn)健的運(yùn)行能力

• 過溫保護(hù)
• 中斷過流保護(hù)
• 高工業(yè)環(huán)境工作溫度范圍（-40°C 至 +125°C）/結(jié)溫范圍（-40°C 至 +150°C）

穩(wěn)定可靠

• 符合 CISPR32 (EN55032) B 類傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求。

官網(wǎng)資料

ADI官網(wǎng)上有MAXM17572模塊的數(shù)據(jù)手冊、評估套件、參考資料等信息，通過學(xué)習(xí)這些資料可以更全面的了解芯片功能和性能，助力研發(fā)工作。

圖5 官網(wǎng)資料

上電實(shí)驗(yàn)

上電實(shí)驗(yàn)用到的設(shè)備如圖6所示：

• MAXM17572_EVKIT評估板
• 可調(diào)直流電源
• 電子負(fù)載
• 交流電插排

圖6實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)為測評估板電壓輸出，并計(jì)算電源的負(fù)載調(diào)整率。在實(shí)驗(yàn)之前先搭建實(shí)驗(yàn)平臺。

1） 將輸入電源的電壓設(shè)置在7.0V和60V之間。此實(shí)驗(yàn)選為24V。

2） 將電源的正極端子連接到VIN_EMI焊盤，將負(fù)極端子連接到最近的GND焊盤。將1.0A電阻負(fù)載的正極端子連接到VOUT焊盤，將負(fù)極端子連接到最近的GND焊盤。

3） 驗(yàn)證分流器是否安裝在跳線JU1的引腳1-2上。

4） 確認(rèn)跳線JU2上未安裝分流器。

實(shí)驗(yàn)平臺搭建好后，打開輸入電源，啟用加載。步驟如下：

1. 打開電子負(fù)載，按照評估板額定功率的0%、20%、40%、60%、80%、100%的順序加載。并記錄輸出電壓值。

2. 利用記錄數(shù)據(jù)計(jì)算MAXM17572的負(fù)載調(diào)整率。

經(jīng)過整理計(jì)算得到表3。可以通過表3了解該評估板的輸出和負(fù)載調(diào)整率。

表3：

從表格中可以看出，MAXM17572雖然體積小，但電壓輸出精度很高，負(fù)載調(diào)整能力很強(qiáng)。

小結(jié)

通過開箱觀察和資料學(xué)習(xí)，我們了解了MAXM17572的主要參數(shù)、工作原理、板面布局，以及核心器件的參數(shù)。通過上電實(shí)驗(yàn)，我們了解了MAXM17572的電壓輸出和負(fù)載調(diào)整率等電氣特性。

綜合以上對評估板MAXM17572_EVKIT的測評，可以推出核心器件MAXM17572雖然小如米粒，但性能及其優(yōu)異。