MIC23156評估板：高效同步降壓調節器的評測利器

在電子設計領域，電源管理芯片的性能和穩定性至關重要。今天，我們就來深入了解一下MIC23156評估板，它搭載了一款功能強大的1.5A、3MHz同步降壓調節器，具備多種先進特性，能為我們的設計帶來諸多便利。

文件下載：MIC23156-0YCS-EV.pdf

一、產品概述

MIC23156評估板讓用戶能夠對一款高度集成的1.5A、3MHz同步降壓調節器進行評估。這款調節器具有HyperLight Load?模式、電源良好（PGOOD）輸出指示、可編程軟啟動以及通過 (I^{2} C) 進行輸出電壓縮放控制等特性。它在整個輸出電流范圍內都具有很高的效率，工作時靜態電流僅為30μA。通過 (I^{2} C) 以10mV的步長動態改變輸出電壓，并保持高輸出電壓精度，使得MIC23156使用起來簡單且用途廣泛。它有16球、0.4mm間距、1.81mm × 1.71mm晶圓級芯片規模（WLCSP）和17引腳、2.8mm × 2.5mm (MLF) 兩種封裝形式。

二、使用要求

電源要求

評估板需要一個10W的單電源，電壓可在2.7V至5.5V之間調節。

負載要求

負載可以是有源（電子負載）或無源（電阻），且必須能夠耗散5W的功率。

測試設備

理想情況下，最好有一臺示波器來觀察電路波形，但這不是必需的。最簡單的測試需要兩個電壓表來測量輸入和輸出電壓。進行效率測量時，需要兩個電壓表和兩個電流表，以防止測量誤差。

動態電壓縮放功能要求

若要使用動態電壓縮放功能，則需要一個 (I^{2} C) 串行編程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle EV）、軟件包/套件（可在線下載）和一臺計算機。

三、使用注意事項

評估板沒有輸入反向保護，連接輸入電源時要注意確保極性正確。相關的數據手冊和支持文檔可在Micrel的網站（www.micrel.com）上獲取。

四、操作步驟

1. 連接外部電源

將外部電源連接到 (V{IN }) （J1）和GND（J2）端子。在電源輸出禁用的情況下，將其電壓設置為所需的輸入測試電壓（2.7V ≤ (V{IN}) ≤ 5.5V）。可在輸入電源和 (V{IN }) （J1）端子之間放置一個電流表。要注意監測 (V{IN }) （J1）端子處的電源電壓，因為電流表和/或電源引線電阻可能會降低提供給設備的電壓。

2. 設置VSEL跳線

通過TP1跳線設置VSEL。在MLF封裝中，將VSEL拉高到 (V_{CC}) ，或在YCS封裝中拉高到 (VI^{2} C) ，可將默認輸出電壓設置為0.8V；將VSEL拉低到GND，則將默認輸出電壓設置為1.0V。

3. 連接負載

將負載連接到 (V{OUT }) （YML中的J6和YCS中的J3）和GND（YML中的J7和YCS中的J4）端子。負載可以是無源（電阻性）或有源（電子負載）。可在負載和輸出端子之間放置一個電流表，并確保在 (V{OUT }) 端子處監測輸出電壓。評估板還配備了一個2引腳連接器（JP2），用于輸出電壓監測。

4. 啟用MIC23156

通過TP2啟用MIC23156。在YML封裝中，將TP2跳線連接到 (VCC) ；在YCS封裝中，連接到 (V_{IN }) 。若要禁用設備，將TP2跳線連接到GND。也可以通過向EN和GND端子施加第二個電源來啟用和禁用EN引腳，但不要讓該引腳浮空。

5. 監測電源良好信號（僅YML評估板）

使用電壓表或示波器連接到PGOOD引腳，監測電源良好（PGOOD）功能。

6. 連接 (I^{2} C) 串行編程器板

將 (I^{2} C) 串行編程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle評估板）連接到MIC23156評估板的JP1。確保 (I^{2} C) 串行編程器板上的開關切換到 “ (I^{2} C) ” 而不是 “NOM” 。將 (I^{2} C) 板的9引腳連接器插入MIC23156評估板的JP1，并注意匹配GND引腳。然后使用USB到Mini - B USB類型的電纜將 (I^{2} C) 串行編程器板連接到筆記本電腦或臺式機。

7. 打開并控制MIC23156

從Micrel網站的MIC23156產品頁面下載軟件包/套件，打開 (I^{2} C) 接口，并按以下步驟操作：

• 打開 (I^{2} C) 串行編程器接口并點擊 “Test” ，窗口底部的狀態欄應從某個值變為 “Target OK” 。
• 點擊 “Registers” 選項卡，然后點擊 “Read” 。如果輸出電壓調節高于PGOOD故障閾值，PGOOD狀態框將自動勾選。如果UVLO框被勾選，說明輸入電壓過低；如果TSD框被勾選，說明內部管芯溫度過高，設備進入熱關斷狀態以防止損壞。
• 點擊 “Offline Mode” 一次，將切換到直接編輯模式。在直接編輯模式下，在 (I^{2} C) 接口中進行的任何修改，如啟用/禁用設備、設置長軟啟動或更改輸出電壓，都將在MIC23156評估板的 (V_{OUT }) 端子上立即生效。

需要注意的是，只要MIC23156評估板上的輸入電源或使能引腳斷電并重新上電，輸出電壓將自動恢復到其默認值。對于MIC23156 - 0YML和MIC23156 - 0YCS，默認輸出電壓分別為0.8V（VSEL為高）和1.0V（VSEL為低）。

五、評估板特性

軟啟動電容（C4）

MIC23156在SS引腳有一個標稱820kΩ的電阻對電容充電，使輸出具有可控的軟啟動特性。將C4設置為120pF時，啟動時間約為230μs，啟動時間可由公式 (T{SS}=820 × 10^{3} × ln (10) × C{SS}) 確定。軟啟動電容的作用是控制內部參考電壓在其標稱穩態值的0%至100%之間的上升時間。

電源良好（PGOOD）

YML評估板提供了一個測試點，用于監測電源良好（PGOOD）功能。這是一個開漏連接，板上有一個100kΩ的上拉電阻連接到輸出電壓。輸出電壓超過標稱設定電壓的90%約70μs后，PGOOD被拉高。只要 (V{OUT }) 在其標稱輸出電壓的14%范圍內調節，PGOOD信號將保持高電平。當 (V{OUT }) 調節低于閾值時，PGOOD信號將觸發故障條件并拉低。

VSEL

可選擇輸出電壓是節能系統設計中的一個良好特性。MIC23156能夠在數百微秒內從高輸出電壓切換到低輸出電壓，反之亦然。當 (VSEL leq(0.3 ×VI^{2} C)) 時，默認輸出電壓為1.0V；當 (VSEL geq(0.7 ×VI^{2} C)) 時，為0.8V。可編程輸出電壓范圍為0.7V至2.4V，可通過 (I^{2} C) 編程輕松更改。

HyperLight Load模式

MIC23156采用最小導通和關斷時間專有控制環路（Micrel專利）。當輸出電壓低于調節閾值時，誤差比較器開始一個開關周期，將PMOS導通并保持最小導通時間，從而提高輸出電壓。如果輸出電壓超過調節閾值，誤差比較器將PMOS關斷最小關斷時間，直到輸出降至閾值以下。NMOS作為理想整流器，在PMOS關斷時導通。使用NMOS開關而不是二極管，可降低NMOS導通時開關器件上的電壓降。PMOS和NMOS之間的同步開關組合使控制環路能夠在輕載操作時以不連續模式工作。在不連續模式下，MIC23156以脈沖頻率調制（PFM）方式調節輸出。隨著輸出電流增加，關斷時間減少，從而為輸出提供更多能量。這種開關方案僅在需要時進行開關，提高了MIC23156在輕載電流時的效率。當負載電流增加時，MIC23156進入連續導通模式（CCM），并以3MHz為中心的頻率進行開關。MIC23156進入連續導通模式時的負載可由公式 (LOAD >left(frac{left(V{IN }-V{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 近似計算。從 “開關頻率與輸出電流” 圖中可以看出，當輸出電流增加時，開關頻率也會增加，直到MIC23156在約180mA時從HyperLight Load模式切換到PWM模式。輸出電流超過180mA后，MIC23156以約3MHz的相對恒定頻率進行開關。

六、物料清單

其中各制造商的網址分別為：AVX（www.avx.com）、Murata（www.murata.com）、TDK（www.tdk.com）、Panasonic（www.industrial.panasonic.com）、Sumida（www.sumida.com）、Vishay（www.vishay.com）、Micrel, Inc.（www.micrel.com）。

七、PCB布局建議

文檔還提供了MLF封裝和YCS封裝的PCB布局建議，但具體內容未詳細展開。在實際設計中，合理的PCB布局對于保證評估板的性能至關重要，大家可以根據實際情況進行參考和優化。

總之，MIC23156評估板為我們提供了一個全面評估這款高性能同步降壓調節器的平臺。通過對其特性、操作步驟和物料清單等方面的了解，我們可以更好地利用它來滿足不同的設計需求。大家在使用過程中有沒有遇到什么問題呢？或者對于評估板的性能有什么獨特的見解，歡迎在評論區分享交流。