ADPL21501：低功耗升壓DC/DC轉換器的卓越之選

在電子設備設計中，電源管理是至關重要的一環。特別是對于便攜式電子設備，如數字相機、OLED電源等，需要一款低功耗、高效能的升壓DC/DC轉換器。今天，我們就來深入了解一下Analog Devices推出的ADPL21501。

文件下載：ADPL21501.pdf

一、ADPL21501的特性亮點

低靜態電流

ADPL21501在不同模式下都展現出了極低的靜態電流。在活躍模式下，靜態電流僅為20μA；而在關機模式下，更是低至<2μA。這一特性對于依靠電池供電的便攜式設備來說至關重要，能夠顯著延長電池的續航時間。

寬輸入電壓范圍與高輸出電壓

它能夠在低至1V的輸入電壓下正常工作，同時可以提供高達30V的輸出電壓。這使得它在多種不同的電源場景下都能發揮作用，無論是單節電池供電的設備，還是需要高電壓輸出的應用。

低導通電阻開關與小尺寸元件

其開關的導通電阻低，在70mA電流下僅為95mV。并且，它可以使用小型的表面貼裝元件，配合其低輪廓（1mm）的ThinSOT封裝，大大節省了電路板空間，非常適合對空間要求苛刻的便攜式應用。

二、應用領域廣泛

ADPL21501的應用場景十分豐富，涵蓋了便攜式電子設備、電池備份、數字相機、OLED電源以及醫療診斷設備等領域。例如，在數字相機中，它可以為相機的各個模塊提供穩定的電源；在OLED電源中，能夠滿足OLED對高電壓的需求。

三、技術參數詳解

電氣特性

在 (T{A}=25^{circ} C) 、 (V{IN}=1.2 ~V) 、 (V{overline{SHDN}}=1.2 ~V) 的條件下，它的最小輸入電壓為1V，靜態電流在不切換時典型值為20μA，關機模式下最大為2μA。反饋比較器的觸發點在 -40°C ≤ (T{J}) ≤ 85°C 范圍內為1.205 - 1.255V，具有8mV的遲滯。

絕對最大額定值

其輸入電壓和SHDN電壓最大為15V，SW電壓最大為32V，FB電壓最大為 (V_{IN}) ，流入FB引腳的電流最大為1mA。結溫最大為125°C，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C，存儲溫度范圍為 -65°C 至 150°C，焊接時引腳溫度（10秒）最大為300°C。在設計時，必須嚴格遵守這些參數，避免設備損壞。

四、引腳配置與功能

引腳配置

ADPL21501采用5引腳的ThinSOT封裝，引腳分別為SW（開關引腳）、GND（接地引腳）、FB（反饋引腳）、SHDN（關機引腳）和 (V_{IN}) （輸入電源引腳）。

功能說明

• SW引腳：是內部NPN功率開關的集電極，為了減少電磁干擾，連接該引腳的金屬走線面積應盡量小。
• GND引腳：需要直接連接到本地接地平面。
• FB引腳：通過選擇R1和R2的值來設置輸出電壓，計算公式為 (R1 = R2 × ( V_{OUT} / 1.23 - 1)) 。
• SHDN引腳：當該引腳連接到0.9V或更高電壓時，設備啟用；連接到低于0.25V時，設備關閉。
• (V_{IN}) 引腳：輸入電源引腳，需要使用盡可能靠近設備的電容進行旁路。

五、工作原理

ADPL21501采用恒定關斷時間控制方案，在較寬的輸出電流范圍內都能實現高效率。當FB引腳電壓略高于1.23V時，比較器A1禁用大部分內部電路，輸出電流由電容C2提供。當FB引腳電壓下降到A1的下遲滯點以下時，A1啟用內部電路，功率開關Q3導通，電感L1中的電流開始上升。當開關電流達到100mA時，比較器A2重置單穩態觸發器，Q3關斷400ns，電感L1通過二極管D1向輸出端提供電流。這個開關動作會一直持續，直到輸出電壓充電到FB引腳達到1.23V，然后A1關閉內部電路，循環重復。

在啟動和短路情況下，ADPL21501還有額外的保護電路。當FB引腳電壓小于約600mV時，開關關斷時間增加到1.5μs，電流限制降低到約70mA，以減少平均電感電流，降低功率開關和外部電感、二極管的功耗。

六、元件選擇要點

電感選擇

• 升壓調節器：可以使用公式 (L = (frac{V{OUT } - V{INMIN } + V{D}}{I{LIM }}) × t{OFF }) 來計算合適的電感值，其中 (V{D}=0.4 ~V) ， (I{LIM }=100 ~mA) ， (t{OFF}=400 ~ns) 。對于大多數輸出電壓低于7V的系統，4.7μH的電感是最佳選擇。
• SEPIC調節器：使用公式 (L = 2 × (frac{V{OUT } + V{D}}{I{LIM}}) × t{OFF}) 計算電感值。

電容選擇

輸出端應使用低ESR（等效串聯電阻）的電容，多層陶瓷電容是最佳選擇，因為它們的ESR非常低，且封裝尺寸小。輸入去耦電容也建議使用陶瓷電容，并盡可能靠近ADPL21501放置，大多數應用中4.7μF的輸入電容就足夠了。

二極管選擇

對于大多數ADPL21501應用，MBR0520表面貼裝肖特基二極管（0.5A，20V）是理想的選擇。對于更高輸出電壓的應用，可以使用30V的MBR0530。確保所選二極管的額定電流至少為0.1A。

降低輸出電壓紋波

使用低ESR電容可以幫助最小化輸出紋波電壓，同時，合理選擇電感和輸出電容也很重要。如果電感值過大或電容值過小，輸出紋波電壓會增加。可以通過增加輸出電容值或在反饋網絡中添加一個4.7pF的前饋電容來降低輸出紋波。

七、典型應用電路

文檔中給出了一個30V轉換器的典型應用電路，以及1節堿性電池升壓到3.3V的應用電路。這些電路為工程師在實際設計中提供了參考，可以根據具體需求進行調整。

總之，ADPL21501以其低功耗、高輸出電壓、小尺寸等優點，成為了電子工程師在設計便攜式電子設備和需要高電壓輸出應用時的一個優秀選擇。在使用過程中，嚴格按照其技術參數和元件選擇要點進行設計，能夠充分發揮其性能優勢。你在使用類似的DC/DC轉換器時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗。