ADP5070：高性能雙路DC - DC調節器的深度解析

在電子設計領域，DC - DC調節器是不可或缺的關鍵組件，它能夠將輸入電壓轉換為所需的輸出電壓，以滿足各種電子設備的供電需求。今天，我們要深入探討的是ADI公司的ADP5070，一款具有獨立正負輸出的高性能雙路DC - DC調節器。

文件下載：ADP5070.pdf

一、ADP5070的特性亮點

1. 寬輸入電壓范圍

ADP5070的輸入電壓范圍為2.85 V至15 V，這使得它能夠適應多種不同的電源環境，為廣泛的應用提供了可能。無論是低電壓的電池供電系統，還是較高電壓的工業電源，ADP5070都能穩定工作。

2. 獨立可編程輸出

它可以生成獨立調節的正輸出 (V{POS}) 和負輸出 (V{NEG})，并且輸出電壓可以通過電阻進行編程。正輸出電壓可調節至39 V，負輸出電壓可調節至 (V_{IN}-39 V)，滿足了許多需要正負電源的應用場景，如雙極性放大器、ADC、DAC和多路復用器等。

3. 靈活的工作模式

• 開關頻率選擇：ADP5070支持1.2 MHz/2.4 MHz的開關頻率，并且可以通過引腳選擇。此外，它還能與1.0 MHz至2.6 MHz的外部振蕩器同步，方便在對噪聲敏感的應用中進行濾波處理。
• 脈沖跳過模式（PSM）：在輕載運行時，調節器可以跳過脈沖以維持輸出電壓的穩定，從而提高了設備的效率。

4. 豐富的保護功能

• 欠壓鎖定（UVLO）：當輸入電壓低于 (V{UVLO_FALLING}) 閾值時，兩個調節器都會關閉；當輸入電壓上升到 (V{UVLO_RISING}) 閾值以上時，會啟動軟啟動周期，調節器重新啟用。
• 過流保護（OCP）：在過載或短路情況下，如果峰值電感電流在多個時鐘周期內超過過流限制閾值，調節器將進入打嗝模式，停止開關操作，經過 (t_{HICCUP}) 后重新啟動軟啟動周期，直到過流情況消除。
• 過壓保護（OVP）：在FB1和FB2引腳分別對升壓和反相調節器進行過壓保護。當FB1引腳電壓超過 (V{OV1}) 閾值時，SW1停止開關；當FB2引腳電壓低于 (V{OV2}) 閾值（軟啟動期結束后啟用）時，開關停止。
• 熱關斷（TSD）：當ADP5070的結溫超過 (T{SHDN}) 時，熱關斷電路會關閉IC。當溫度下降到 (T{SHDN}-T_{HYS}) 以下時，IC會重新啟動，并對每個啟用的通道進行軟啟動。

5. 靈活的啟動序列

通過SEQ引腳可以實現三種不同的啟用模式：手動啟用模式、同時啟用模式和順序啟用模式，滿足不同系統的啟動需求。

二、工作原理剖析

1. PWM模式

ADP5070的升壓和反相調節器以內部振蕩器設定的固定頻率工作。在每個振蕩器周期開始時，MOSFET開關導通，電感上施加正電壓，電感電流增加，直到電流檢測信號超過由誤差放大器輸出設定的峰值電感電流閾值，MOSFET開關關閉。在MOSFET關斷期間，電感電流通過外部二極管下降，直到下一個振蕩器時鐘脈沖開始新的周期。通過調整峰值電感電流閾值來調節輸出電壓。

2. PSM模式

在輕載運行時，調節器可以跳過脈沖以維持輸出電壓的穩定，從而提高了設備的效率。

三、應用信息及組件選擇

1. ADIsimPower設計工具

ADP5070得到了ADIsimPower設計工具集的支持。這個工具集可以根據特定的設計目標生成完整的電源設計，包括原理圖、物料清單，并能在幾分鐘內計算出性能。它可以優化設計的成本、面積、效率和零件數量，同時考慮IC和所有實際外部組件的工作條件和限制。

2. 組件選擇

• 反饋電阻：通過外部電阻分壓器設置輸出電壓，為了減少反饋偏置電流對輸出電壓精度的影響，應確保分壓器中的電流至少是 (I{FB1}) 或 (I{FB2}) 的10倍。
• 輸出電容：較高的輸出電容值可以降低輸出電壓紋波，提高負載瞬態響應。建議使用具有X5R或X7R電介質、電壓額定值為25 V或50 V的陶瓷電容，以確保在必要的溫度范圍和直流偏置條件下的最小電容。同時，應選擇具有較低等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL）的電容，以最小化輸出電壓紋波。
• 輸入電容：較高值的輸入電容有助于降低輸入電壓紋波，改善瞬態響應。應將輸入電容盡可能靠近PVINSYS、PVIN1和PVIN2引腳放置，建議使用低ESR電容，有效電容值至少為10 μF。
• VREG和VREF電容：在VREG和AGND之間需要一個1.0 μF的陶瓷電容（(C{VREG})），在VREF和AGND之間需要一個1.0 μF的陶瓷電容（(C{VREF})）。
• 軟啟動電阻：可以在SS引腳和AGND引腳之間連接一個電阻來增加軟啟動時間，軟啟動時間可以通過電阻在4 ms（268 kΩ）到32 ms（50 kΩ）之間設置。
• 二極管：建議為D1和D2使用具有低結電容的肖特基二極管，以提高效率并減少開關噪聲。
• 電感選擇：對于升壓和反相調節器，電感值建議在1 μH至22 μH之間，以平衡小電感電流紋波和效率之間的權衡。同時，應確保峰值電感電流低于電感的額定飽和電流，最大額定均方根電流大于調節器的最大直流輸入電流。

四、環路補償

ADP5070使用外部組件來補償調節器環路，以優化環路動態性能。建議使用ADIsimPower工具來計算補償組件。升壓和反相調節器在調節反饋環路中都會產生不希望的右半平面零點，因此需要補償調節器，使交叉頻率遠低于右半平面零點的頻率。

五、常見應用及布局考慮

1. 常見應用

ADP5070適用于多種應用，如雙極性放大器、電荷耦合器件（CCD）偏置電源、光模塊電源、RF功率放大器（PA）偏置等。文檔中還列出了一些常見的組件選擇，為典型的輸入輸出條件提供了現成的解決方案。

2. 布局考慮

布局對于開關調節器至關重要，尤其是對于高開關頻率的調節器。為了實現高效率、良好的調節性能、穩定性和低噪聲，需要設計良好的PCB布局。具體的布局指南包括：

• 輸入旁路電容應靠近PVIN1、PVIN2和PVINSYS引腳放置，每個引腳應單獨連接到電容的焊盤，以減少電源輸入之間的噪聲耦合。
• 高電流路徑應盡可能短，包括CIN1、L1、L2、D1、D2、COUT1、COUT2和PGND與ADP5070的連接。
• AGND和PGND應在電路板頂層分開，避免AGND受到開關噪聲的污染。
• 高電流走線應盡可能短而寬，以減少寄生串聯電感，從而減少尖峰和電磁干擾（EMI）。
• 避免在連接到SW1和SW2引腳的任何節點或電感L1和L2附近布線高阻抗走線，以防止輻射開關噪聲注入。
• 反饋電阻應盡可能靠近FB1和FB2引腳放置，以防止高頻開關噪聲注入。

六、總結

ADP5070是一款功能強大、性能優越的雙路DC - DC調節器，具有寬輸入電壓范圍、獨立可編程輸出、靈活的工作模式、豐富的保護功能和靈活的啟動序列等優點。在選擇組件和進行布局設計時，需要充分考慮其特性和要求，以確保其在實際應用中能夠穩定、高效地工作。大家在使用ADP5070進行設計時，不妨多參考ADIsimPower工具，它能為我們的設計帶來很多便利。同時，對于布局設計，一定要嚴格遵循布局指南，這樣才能充分發揮ADP5070的性能。你在使用類似的DC - DC調節器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。