MIC23153評估板：高效開關穩壓器的理想之選

在電子設計領域，開關穩壓器的性能和效率至關重要。今天，我們就來深入了解一下Micrel公司的MIC23153評估板，它為評估MIC23153這款高性能開關穩壓器提供了便捷的平臺。

文件下載：MIC23153YMT-EV.pdf

一、產品概述

MIC23153是一款完全集成的2A、4MHz開關穩壓器，具備HyperLight Load?模式、Power Good輸出指示和可編程軟啟動等特性。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23μA。其2.5mm x 2.5mm的Thin MLF?封裝，結合4MHz的開關頻率，僅需四個外部組件就能實現高度小于1mm的緊湊解決方案。而且，MIC23153能在最苛刻的條件下提供精確的輸出電壓調節，對負載瞬變響應極快，輸出電壓紋波極小。

二、使用要求

電源要求

評估板需要一個10W的臺式電源，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），且需具備7W的散熱能力。

測試設備

雖然示波器不是必需的，但有示波器可以方便查看電路波形。對于簡單測試，需要兩個電壓表來測量輸入和輸出電壓；進行效率測量時，則需要兩個電壓表和兩個電流表，以防止測量誤差。

三、使用注意事項

評估板沒有輸入反向保護，連接輸入電源時要特別注意極性正確。

四、開始使用步驟

連接電源

將外部電源連接到VIN（J4）端子和GND（J3）。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 ≤ VIN ≤ 5.5V）。可以在輸入電源和VIN（J4）端子之間放置一個電流表，但要注意監測VIN（J4）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。

連接負載

將負載連接到VOUT（J1）和接地（J2）端子。負載可以是有源或無源（電阻性）的。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VOUT（J1）端子處監測輸出電壓。

啟用MIC23153

MIC23153評估板有一個上拉電阻連接到VIN。默認情況下，當輸入電源電壓大于2.7V時，輸出電壓將被啟用。若要禁用設備，可向EN（J6）端子施加低于0.5V的電壓。

監測Power Good功能

評估板提供了一個Power good測試點（J5）來監測Power Good功能。當輸出電壓達到其標稱電壓的92%后約70μs，Power Good輸出將變為高電平（Vout）。

五、評估板的其他特性

軟啟動電容（C3）

MIC23153在SS引腳有一個標稱270kΩ的電阻為電容充電，使輸出具有可控的軟啟動特性。將C3設置為100pF可使啟動時間最短，啟動時間可由公式TSS = 270 x 103 x ln(10) x CSS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。

可調輸出的反饋電阻（R1，R2）

輸出電壓標稱設置為1.8V，可通過調整反饋分壓器中的上電阻R1來改變輸出電壓。計算公式為R1 = R2 x VREF/(VO - VREF)，其中VREF = 0.62V。文檔中還給出了不同輸出電壓對應的R1和R2示例值。

前饋電容（C4）

通常不安裝前饋電容C4，因為負載瞬態調節已經很好。但安裝一個電容在C4處可以將快速輸出電壓偏差直接注入反饋比較器，略微改善負載調節，但會在較高負載時略微增加輸出的噪聲。建議使用100pF至1nF之間的值以防止不穩定。

Power Good（PG）

評估板在EN右側提供了一個測試點用于測試PG。這是一個開漏連接，板上有一個10k的上拉電阻連接到輸出電壓。當輸出電壓超過標稱設定電壓的92%后約70μs，PG被拉高。

HyperLight Load?模式

MIC23153采用最小導通和關斷時間的專有控制環路（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開關代替二極管可降低開關器件導通時的電壓降。PMOS和NMOS的異步開關組合使控制環路在輕載操作時以不連續模式工作，在不連續模式下，MIC23153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，為輸出提供更多能量。這種開關方案通過僅在需要時進行開關，提高了MIC23153在輕載電流時的效率。當負載電流增加時，MIC23153進入連續導通模式（CCM），并以4MHz為中心的頻率進行開關。MIC23153從HyperLight Load?模式轉換到PWM模式的負載可通過公式[I{LOAD} > frac{(V{IN}-V_{OUT})D}{2Lf}]近似計算。從開關頻率與負載的關系圖可以看出，隨著輸出電流增加，開關頻率也增加，直到輸出電流約為120mA時，MIC23153從HyperLight Load?模式轉換到PWM模式。當輸出電流超過120mA時，MIC23153將以約4MHz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、效率與輸出電流、輸出電壓上升時間與CSS、使能閾值與輸入電壓等關系圖。這些圖表直觀地展示了評估板在不同條件下的性能表現，有助于工程師更好地了解MIC23153的工作特性。

七、電路原理圖和物料清單

文檔提供了MIC23153評估板的固定輸出和可調輸出兩種原理圖，并列出了相應的物料清單，包括電容、電阻、電感和芯片等元件的型號、制造商和數量。這為工程師進行電路設計和搭建提供了詳細的參考。

八、PCB布局建議

文檔還給出了Thin MLF的頂層和底層PCB布局建議，這對于優化評估板的性能和穩定性非常重要。

總之，MIC23153評估板為工程師提供了一個全面的平臺來評估MIC23153開關穩壓器的性能。通過合理使用評估板，并結合文檔中的各項信息，工程師可以更好地設計出高效、穩定的電源電路。大家在使用過程中是否遇到過類似評估板的使用問題呢？歡迎在評論區分享交流。