探索MCP19111：PMBus協(xié)議賦能的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)

在電子設(shè)計(jì)的廣闊領(lǐng)域中，負(fù)載點(diǎn)（POL）轉(zhuǎn)換器的性能和靈活性至關(guān)重要。Microchip的MCP19111 PMBus協(xié)議賦能的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)，為工程師們帶來(lái)了新的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這個(gè)設(shè)計(jì)。

文件下載：ARD00609.pdf

一、產(chǎn)品概述

1.1 MCP19111器件簡(jiǎn)介

MCP19111是一款高度集成的混合信號(hào)器件，它結(jié)合了模擬脈沖寬度調(diào)制（PWM）電流模式控制器和集成的微控制器核心，適用于同步DC/DC降壓應(yīng)用。其傳統(tǒng)的模擬控制電路用于調(diào)節(jié)DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出，而PIC微控制器中程核心則提供了對(duì)設(shè)備操作參數(shù)、啟動(dòng)和關(guān)機(jī)配置文件、保護(hù)級(jí)別和故障處理程序的完全定制能力。

該器件采用28引腳5mm x 5mm QFN封裝，集成了同步驅(qū)動(dòng)器、自舉設(shè)備、內(nèi)部線(xiàn)性穩(wěn)壓器和4000字的非易失性存儲(chǔ)器，能在4.5V至32V的單電源下高效運(yùn)行。主機(jī)可以使用PMBus或I2C與MCP19111進(jìn)行通信或修改其操作。此外，內(nèi)部5V電源軌為PIC MCU供電，并通過(guò)VDD引腳引出，建議在VDD和PGND之間放置1μF電容。

1.2 參考設(shè)計(jì)的作用

MCP19111 PMBus協(xié)議賦能的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)，展示了MCP19111在同步降壓拓?fù)渲械墓ぷ鞣绞剑稍谳^寬的輸入電壓和負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行。通過(guò)集成的PIC微控制器，幾乎所有的操作和控制系統(tǒng)參數(shù)都可以進(jìn)行編程。

為了精確測(cè)量輸出電流，設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)精密運(yùn)算放大器（MCP6061）和一個(gè)電感溫度傳感器（MCP9700）。用戶(hù)可以使用內(nèi)部或外部運(yùn)算放大器來(lái)測(cè)量和校準(zhǔn)輸出電流，溫度補(bǔ)償可以通過(guò)溫度測(cè)量或二階多項(xiàng)式近似來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.3 系統(tǒng)要求

要操作該開(kāi)發(fā)板，需要Microsoft.NET Framework 4.5或更高版本，以及PMBus監(jiān)測(cè)圖形用戶(hù)界面（GUI）。該GUI允許監(jiān)測(cè)和更改任何包含PMBus協(xié)議的設(shè)備的輸入和輸出參數(shù)。

如果需要對(duì)開(kāi)發(fā)板固件進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)，還需要MCP19111 MPLAB? X IDE圖形用戶(hù)界面插件、MPLAB? X集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）、MPLAB? XC8編譯器以及一些配置工具，如PICkit?串行分析儀和PICkit 3在線(xiàn)調(diào)試器/編程器等。

1.4 參考設(shè)計(jì)套件內(nèi)容

該參考設(shè)計(jì)套件包括MCP19111 PMBus協(xié)議賦能的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)板（ARD00609）和重要信息表。

二、安裝與操作

2.1 開(kāi)發(fā)板特性

這款開(kāi)發(fā)板旨在為低到中等輸出電流提供緊湊、低成本且高效的降壓轉(zhuǎn)換。其關(guān)鍵特性包括：

• 輸入電壓范圍為8V至14V。
• 輸出電壓為1.2V，可通過(guò)軟件在0.1至3.6V之間調(diào)節(jié)。
• 最大輸出電流為20A。
• 在1.2V/15A輸出和12V輸入的情況下，典型效率為88%。
• 開(kāi)關(guān)頻率為500kHz，可通過(guò)軟件在100kHz至1.6MHz之間調(diào)節(jié)。
• 板載高性能功率MOSFET晶體管。
• 具備過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)功能。
• 通過(guò)PMBus通信協(xié)議進(jìn)行狀態(tài)報(bào)告。
• 精密運(yùn)算放大器用于精確輸出電流測(cè)量。
• 電感溫度傳感器。
• 可校準(zhǔn)輸出電壓和輸出電流測(cè)量。
• 可編程欠壓鎖定（UVLO）閾值。
• 可通過(guò)軟件編程輸出過(guò)壓、欠壓和過(guò)流鎖定。
• 對(duì)于高級(jí)用戶(hù)，還可以通過(guò)軟件調(diào)整控制環(huán)路參數(shù)和MOSFET的開(kāi)關(guān)死區(qū)時(shí)間。

2.2 開(kāi)始使用

2.2.1 必要儀器和工具

在開(kāi)始使用開(kāi)發(fā)板之前，需要準(zhǔn)備一些必要的儀器和工具，如可調(diào)直流電源、電子負(fù)載、數(shù)字示波器、數(shù)字電壓表/電流表、網(wǎng)絡(luò)分析儀/波特圖分析儀（可選）、預(yù)裝PMBMonitor GUI的PC、USB - A到迷你USB電纜以及能夠承受高電流的連接線(xiàn)等。

2.2.2 設(shè)置步驟

為開(kāi)發(fā)板通電需要完成以下步驟：

1. 將電子負(fù)載連接到演示板的J2連接器上。
2. 將可調(diào)直流電源連接到演示板的J1連接器上。
3. 從可調(diào)電源提供12V電壓。
4. 通過(guò)USB - A到迷你USB電纜（J3連接器）將測(cè)試板連接到預(yù)裝PMBMonitor GUI的PC上。
5. 通電后，按下按鈕BT1或從PMBMonitor GUI的ON按鈕（在Status>Operation Panel下）開(kāi)啟輸出電壓。
6. 如果需要不同的設(shè)置，可以通過(guò)PMBus到USB板載接口、PMBus或用戶(hù)開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行更改。

2.2.3 開(kāi)發(fā)板測(cè)試

開(kāi)發(fā)板上提供了多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，用戶(hù)可以連接各種儀器來(lái)評(píng)估轉(zhuǎn)換器的參數(shù)。典型的測(cè)試設(shè)置和測(cè)試點(diǎn)的詳細(xì)描述在文檔中都有提供。

三、校準(zhǔn)程序

為了提高輸出電壓設(shè)置、輸出電壓測(cè)量和輸出電流讀取的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行校準(zhǔn)程序。建議使用從開(kāi)發(fā)板網(wǎng)頁(yè)下載的Microchip專(zhuān)用PMBMonitor GUI，它可以執(zhí)行所有必要的計(jì)算，大大簡(jiǎn)化了校準(zhǔn)過(guò)程。

3.1 電壓校準(zhǔn)

電壓校準(zhǔn)步驟如下：

1. 在PMBMonitor GUI主菜單中選擇Developer，然后選擇Calibration選項(xiàng)卡。
2. 在VOUT設(shè)置面板中按下Read按鈕。
3. 使用準(zhǔn)確的電壓表測(cè)量測(cè)試點(diǎn)TP41和TP40之間的輸出電壓。
4. 將測(cè)量值輸入到“Measured”字段中，然后按下Send按鈕更新開(kāi)發(fā)板上的數(shù)據(jù)。
5. 驗(yàn)證電壓表測(cè)量的輸出電壓和屏幕上顯示的PMBMonitor傳輸值是否正確。
6. 轉(zhuǎn)到Status菜單，在Operation Panel中按下StoreALL按鈕，以便在斷電后保留實(shí)際值。

3.2 帶電感溫度測(cè)量的電流校準(zhǔn)

電流校準(zhǔn)步驟如下：

1. 在PMBMonitor GUI主菜單中選擇Developer，然后選擇Calibration選項(xiàng)卡。
2. 選擇一個(gè)低測(cè)試電流（例如1A），將其寫(xiě)入IOUT設(shè)置面板的第一個(gè)“Current”字段中，并在外部負(fù)載上盡可能精確地設(shè)置該電流。按下相應(yīng)的Read按鈕，會(huì)在相應(yīng)的“Voltage”字段中顯示一個(gè)值。
3. 選擇一個(gè)高測(cè)試電流（例如17A），將其寫(xiě)入第二個(gè)“Current”字段中，并在外部負(fù)載上設(shè)置該輸出電流。按下相應(yīng)的Read按鈕，記錄第二個(gè)“Voltage”字段中顯示的值。
4. 按下Calculate按鈕，計(jì)算完成后，“ADC(T0)”、“Coefficient - X1”和“Coefficient - X0”字段的值可能會(huì)更新。
5. 按下IOUT設(shè)置面板底部的Send按鈕。 在步驟2至5中，需要保持開(kāi)發(fā)板溫度恒定在環(huán)境溫度附近，因此所有這些測(cè)量應(yīng)該盡快完成，并提供足夠的冷卻。

如果使用不同的電感和/或布局，還需要進(jìn)行溫度系數(shù)校準(zhǔn)，步驟包括記錄“ADC(T0)”值、讓開(kāi)發(fā)板升溫、再次讀取和計(jì)算相關(guān)值，最終計(jì)算出α值并寫(xiě)入“ALPHA”字段，最后按下相應(yīng)的Send按鈕并保存校準(zhǔn)值。

四、典型性能數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)和波形

文檔中提供了轉(zhuǎn)換器的參數(shù)以及性能曲線(xiàn)和波形示例，包括輸入電壓范圍、輸出電壓、最大輸出電流、輸出電壓紋波、輸入電壓紋波、輸出電壓過(guò)沖、開(kāi)關(guān)頻率等參數(shù)的具體數(shù)值和詳細(xì)的性能曲線(xiàn)，這些數(shù)據(jù)和波形可以幫助工程師更好地了解開(kāi)發(fā)板的性能表現(xiàn)。

五、總結(jié)

Microchip的MCP19111 PMBus協(xié)議賦能的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)為電子工程師提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、靈活且易于使用的平臺(tái)。通過(guò)對(duì)該設(shè)計(jì)的深入了解和實(shí)踐，工程師們可以更好地應(yīng)對(duì)各種負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)出更高效、更穩(wěn)定的電源系統(tǒng)。

各位工程師們，你們?cè)谑褂妙?lèi)似的負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。