深入解析 MIC23451 評估板：一款高效的 3MHz PWM 三通道 2A 降壓調節器評估方案

在電子設計領域，電源管理芯片的性能評估至關重要。今天我們要詳細探討的是 MICREL 公司的 MIC23451 評估板，它針對的是 MIC23451 這款高度集成的三輸出、2A、3MHz 開關調節器，對于工程師們來說，這是一個評估該調節器性能的絕佳工具。

文件下載：MIC23451-AAAYFL-EV.pdf

一、產品概述

調節器特性

MIC23451 具有顯著的特點。它采用 HyperLight Load? 模式和 Power Good 輸出指示功能，在整個輸出電流范圍內都能保持高效。每個通道在工作時僅消耗 24μA 的靜態電流，其 4mm × 4mm 的 DFN 小尺寸封裝節約了寶貴的 PCB 空間，并且所需的外部組件極少。此外，它能夠在最苛刻的條件下提供精確的輸出電壓調節，每個通道對負載瞬變的響應極快，輸出電壓紋波極小。

評估板用途

評估板為客戶提供了評估 MIC23451 性能的平臺，讓工程師們能夠直觀地了解該調節器在實際應用中的表現。

二、使用要求

電源要求

評估板需要一個 20W 的單路可調臺式電源，輸入電壓范圍為 2.7V 至 5.5V。

負載要求

負載可以是有源（電子負載）或無源（電阻），且必須能夠承受 10W 的功率。

測試設備

雖然使用示波器來觀察電路波形是理想的，但并非必需。最簡單的測試只需兩個電壓表來測量輸入和輸出電壓。若要進行單通道的效率測量，則需要兩個電壓表和兩個電流表，以避免測量誤差。

三、使用注意事項

評估板沒有輸入反向保護，因此在連接輸入電源時，務必注意極性正確，防止因極性接反而損壞設備。

四、操作步驟

連接電源

將外部電源連接到 (V{IN })（J1）端子和 GND（J2）。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（ (2.7 ~V ≤V{IN} leq) 5.5V）。可以在輸入電源和 (V{IN })（J1）端子之間放置一個電流表，但要注意監測 (V{IN })（J1）端子處的電源電壓，因為電流表和/或電源線電阻可能會降低提供給設備的電壓。

連接負載

將負載連接到 (V{OUT }) 端子（J6、J7、J8）和接地（J3、J4、J5）端子。負載可以是無源（電阻性）或有源（電子負載），同樣可以在負載和輸出端子之間放置一個電流表，并確保在 (V{OUT })（J6、J7、J8）端子處監測輸出電壓。

啟用調節器

MIC23451 評估板每個通道都有一個上拉電阻連接到 (V_{IN })。默認情況下，當施加 (>2.7V) 的輸入電源時，每個輸出電壓都會啟用。若要禁用設備，可向 EN（J10、J12、J14）端子施加低于 0.4V 的電壓。

監測 Power Good 功能

評估板為每個通道提供了 Power Good 測試點（J9、J11、J13），用于監測 Power Good 功能。當輸出電壓達到其標稱電壓的 90% 后約 60μs，Power Good 輸出將變為高電平。

五、其他特性

軟啟動電容

MIC23451 每個通道都有內部軟啟動功能，無需外部軟啟動電容。每個通道的典型軟啟動時間為 150μs。

反饋電阻

反饋（FB）引腳是用于編程輸出電壓的控制輸入。通過一個電阻分壓器網絡連接到該引腳，與調節環路內的內部 0.62V 參考電壓進行比較。可以使用公式 (V{OUT }=V{REF } timesleft(1+frac{R 7}{R 8}right)) 來編程輸出電壓，范圍在 1V 至 3.3V 之間。文檔中還給出了不同輸出電壓對應的反饋電阻值示例，如 1.2V 對應 (R7 = 274kΩ)，(R8 = 294kΩ) 等。

Power Good（PG）

評估板為每個通道提供了監測 PG 信號的測試點，這是一個與輸出電壓的開漏連接，板上有一個 10kΩ 的上拉電阻。當輸出電壓超過標稱設定電壓的 90% 后約 60μs，PG 信號將被置為高電平。

HyperLight Load 模式

MIC23451 使用最小導通和關斷時間的專有控制環路（由 Micrel 專利）。當輸出電壓低于調節閾值時，誤差比較器啟動一個開關周期，使 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，直到輸出電壓降至閾值以下。NMOS 作為理想整流器，在 PMOS 關斷時導通。這種 PMOS 和 NMOS 的異步開關組合使控制環路在輕載操作時能夠以不連續模式工作，采用脈沖頻率調制（PFM）來調節輸出。隨著輸出電流的增加，關斷時間減少，為輸出提供更多能量。當負載電流增加時，MIC23451 進入連續導通模式（CCM），并以 3MHz 為中心的頻率進行開關。可以使用公式 (I{LOAD }>left(frac{left(V{IN }-V_{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 來近似計算 MIC23451 進入連續導通模式時的負載。從“Evaluation Board Performance”部分的“Switching Frequency vs. Load”圖可以看出，隨著輸出電流的增加，開關頻率也會增加，當輸出電流約為 120mA 時，MIC23451 從 Hyper Light Load 模式切換到 PWM 模式，之后輸出電流超過 120mA 時，將以約 3MHz 的相對恒定頻率進行開關。

六、評估板性能

文檔中給出了多個性能圖表，包括開關頻率與負載電流的關系、效率與輸出電流的關系、使能閾值、欠壓鎖定（UVLO）閾值、PG 閾值與輸入電壓和溫度的關系，以及線路調節與溫度和輸入電壓的關系等。這些圖表為工程師們提供了直觀的數據，幫助他們了解 MIC23451 在不同條件下的性能表現。

七、評估板原理圖和物料清單

原理圖

文檔提供了評估板的原理圖，展示了各個組件的連接方式，有助于工程師們深入了解電路結構。

物料清單

詳細列出了評估板所使用的組件，包括電容、電阻、電感和調節器芯片等，每個組件都有對應的型號、制造商和數量。例如，電容 C1、C2、C3 采用 Murata 的 GRM188R60J106KE19D，電阻 R1 - R6 采用 Vishay 的 CRCW060310K0FKEA 等。

八、PCB 布局建議

文檔還給出了 PCB 布局的相關建議，雖然沒有詳細描述具體的布局要點，但提供了不同層的 PCB 布局圖，為工程師們在實際設計 PCB 時提供了參考。

通過對 MIC23451 評估板的詳細分析，我們可以看到它為工程師們提供了一個全面評估 MIC23451 調節器性能的平臺。在實際應用中，工程師們可以根據這些信息，更好地利用 MIC23451 來設計高效、穩定的電源管理電路。大家在使用過程中有沒有遇到過類似評估板的問題呢？歡迎在評論區分享交流。