MIC2875/6評(píng)估板：高效同步升壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

引言

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、可靠的升壓調(diào)節(jié)器至關(guān)重要。今天，我們來深入了解一款緊湊且高效的 2MHz 同步升壓調(diào)節(jié)器——MIC2875/6 評(píng)估板，它具備 4.8A 開關(guān)電流，且擁有雙向負(fù)載斷開功能等一系列出色特性。

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評(píng)估板概述

基本特性

MIC2875/6 評(píng)估板是一款高度集成的升壓調(diào)節(jié)器解決方案。它工作頻率高達(dá) 2MHz，采用 4.8A 開關(guān)，效率非常高。其獨(dú)特的雙向負(fù)載斷開功能，能在設(shè)備禁用時(shí)有效防止輸入和輸出之間的漏電現(xiàn)象。

工作模式

當(dāng)輸入電壓大于目標(biāo)輸出電壓時(shí)，MIC2875/6 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入旁路模式，此時(shí) NMOS 關(guān)閉，PMOS 完全導(dǎo)通，為輸入到輸出提供低阻抗路徑。在輕負(fù)載情況下，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)切換到 PFM 模式以提高效率。此外，MIC2875 從空載到滿載時(shí)，最低開關(guān)頻率為 45kHz，可最大程度減少音頻頻段的開關(guān)干擾。同時(shí)，該評(píng)估板還集成了抗振鈴開關(guān)，能降低不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下的開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴，減少電磁干擾（EMI）。

使用要求與注意事項(xiàng)

電源要求

評(píng)估板需要一個(gè)可調(diào)的工作臺(tái)輸入電源，電壓范圍為 2.5V 至 5.5V，且在 2.5V 時(shí)能提供大于 4.5A 的電流。

注意事項(xiàng)

評(píng)估板沒有反極性保護(hù)，因此在 VIN 端子和接地（GND）端子之間施加負(fù)電壓可能會(huì)損壞設(shè)備，輸入電壓也不應(yīng)超過 5.5V。為了減少電感，輸入電源線應(yīng)盡可能短，并且 VIN 測量應(yīng)在 VIN 和 GND 端子處進(jìn)行，以確保不包含輸入電源線的電壓降。

評(píng)估板的使用步驟

連接外部電源

將外部電源連接到評(píng)估板的 VIN（J1）和 GND（J2）端子，要特別注意極性和電源范圍（2.5V 至 5.5V）。可以在電源和評(píng)估板的輸入端子之間放置一個(gè)電流表，但要確保在 VIN（J1）端子處監(jiān)測電源電壓，因?yàn)殡娏鞅砗碗娫淳€電阻可能會(huì)降低輸入的電壓。

連接負(fù)載

可將負(fù)載連接到評(píng)估板的 VOUT（J3）和 GND（J4）端子，負(fù)載可以是無源（電阻性）或有源（電子負(fù)載）。如果使用電子負(fù)載，在 MIC2875/6 上電之前保持負(fù)載禁用。同樣，可以在負(fù)載和輸出端子之間放置一個(gè)電流表，并在 VOUT（J3）和 GND（J4）端子處監(jiān)測輸出電壓。

啟用/禁用 MIC2875/6

評(píng)估板有一個(gè)使能（EN）引腳（J8）。當(dāng) EN 引腳置高時(shí)，MIC2875/6 進(jìn)入待機(jī)模式。通過將 JP1 跳線設(shè)置為通過一個(gè) 10kΩ 上拉電阻將 EN 引腳連接到 VIN。如果將該引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，IC 將關(guān)閉。該引腳有一個(gè)內(nèi)部下拉電阻，也可以不連接。

電源良好指示

提供了一個(gè)電源良好（/PG）測試引腳（J5）來監(jiān)測電源良好功能。它是一個(gè)開漏輸出，低電平有效。通過將 JP2 跳線設(shè)置為通過一個(gè) 1MΩ 上拉電阻將 /PG 引腳連接到 VIN。當(dāng)輸出高于電源良好閾值時(shí)，該引腳置低。

關(guān)鍵技術(shù)特性詳解

雙向輸出斷開

MIC2875/6 的功率級(jí)由一個(gè) NMOS 晶體管作為主開關(guān)和一個(gè) PMOS 晶體管作為同步整流器組成。當(dāng)芯片禁用（(V_{EN}=0V)）時(shí)，控制電路會(huì)關(guān)閉 PMOS 的背柵二極管，從而將輸出與輸入電源隔離。一個(gè)“始終導(dǎo)通”的最大電源選擇器會(huì)將背柵二極管的陰極切換到 IN 或 OUT 中電壓較高的引腳。因此，只要設(shè)備禁用，MIC2875/6 的輸出就會(huì)與輸入雙向隔離。最大電源選擇器和輸出斷開功能只需 IN 引腳有 0.3V 電壓即可工作。

最低開關(guān)頻率（僅 MIC2875）

當(dāng) MIC2875 進(jìn)入脈沖跳躍模式超過 20μs 時(shí)，內(nèi)部控制電路會(huì)短暫地使 PMOS 導(dǎo)通，通過電感將 VOUT 放電至 VIN。當(dāng)電感電流達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)，PMOS 關(guān)閉，NMOS 導(dǎo)通，使電感電流逐漸減小。當(dāng)電感電流達(dá)到零時(shí)，NMOS 最終關(guān)閉。如果在另一個(gè) 20μs 內(nèi)沒有開關(guān)活動(dòng)，上述循環(huán)會(huì)重復(fù)，有效維持 45kHz 的最低開關(guān)頻率。當(dāng) VOUT 小于 VIN 或在 VIN 的 200mV 范圍內(nèi)時(shí)，頻率控制電路會(huì)禁用。這種最低開關(guān)頻率特性對(duì)于對(duì)低頻 EMI 敏感的應(yīng)用（如音頻系統(tǒng)）非常有利。

集成抗振鈴開關(guān)

MIC2875/6 包含一個(gè)抗振鈴開關(guān)，可消除傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）下 SW 節(jié)點(diǎn)的振鈴。在 DCM 操作的開關(guān)周期結(jié)束時(shí)，NMOS 和 PMOS 都關(guān)閉?？拐疋忛_關(guān)會(huì)將 SW 引腳電壓鉗位到 IN，以消耗存儲(chǔ)在電感和功率開關(guān)寄生元件中的剩余能量。

自動(dòng)旁路模式

當(dāng)輸入電壓高于目標(biāo)輸出電壓時(shí)，MIC2875/6 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入旁路模式，此時(shí)能提供低阻抗的輸入到輸出通路，提升效率。

軟啟動(dòng)

評(píng)估板集成了內(nèi)部軟啟動(dòng)電路，可在啟動(dòng)期間限制涌入電流。設(shè)備啟用時(shí)，PMOS 緩慢導(dǎo)通，將輸出電容充電至接近輸入電壓，然后開始升壓開關(guān)周期，逐漸將輸出電壓充電至目標(biāo) VOUT。

輸出電壓編程

MIC2875/6 有可調(diào)版本，可通過外部電阻分壓器 R2 和 R3 設(shè)置輸出電壓。典型反饋電壓為 900mV，推薦的最大和最小輸出電壓分別為 5.5V 和 3.2V。通過電阻分壓器的電流應(yīng)明顯大于進(jìn)入 FB 引腳的電流（典型值為 0.01μA），建議 R2 + R3 的總電阻約為 1MΩ。所需輸出電壓的合適 R2 和 R3 值可通過公式 (R2 = R3times(frac{V_{OUT}}{0.9V}-1)) 計(jì)算。

安全工作區(qū)（SOA）

SOA 曲線代表了最大安全工作電流和最大安全工作結(jié)溫的邊界。圖 2 展示了在不同 (V_{IN}) 下，MIC2875/6 評(píng)估板在 0°C 至 +155°C 環(huán)境溫度下的 SOA 情況。這有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境確定合適的負(fù)載電流，避免設(shè)備因過載或過熱而損壞。

評(píng)估板原理圖與物料清單

文中給出了 MIC2875/6 - AYMT 和 MIC2875/6 - 5.0YMT 兩種版本的評(píng)估板原理圖及詳細(xì)的物料清單。這些信息對(duì)于工程師進(jìn)行電路分析、調(diào)試和改進(jìn)非常有幫助。通過物料清單，我們可以清楚地了解到每個(gè)元件的型號(hào)、制造商、描述和數(shù)量等信息，方便進(jìn)行元件的采購和替換。

PCB 布局建議

合理的 PCB 布局對(duì)于評(píng)估板的性能至關(guān)重要。文中雖然只是簡單提及了 PCB 布局，但我們知道布局時(shí)應(yīng)考慮元件的擺放位置、走線長度和寬度、接地等因素，以減少電磁干擾和信號(hào)串?dāng)_，提高評(píng)估板的穩(wěn)定性和可靠性。

總結(jié)與思考

MIC2875/6 評(píng)估板憑借其高效的升壓轉(zhuǎn)換能力、雙向負(fù)載斷開、多種工作模式以及集成抗振鈴等特性，為電源管理設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，充分利用其各項(xiàng)功能，同時(shí)嚴(yán)格遵循使用要求和注意事項(xiàng)，確保評(píng)估板的正常工作。大家在使用這款評(píng)估板的過程中，有沒有遇到過一些獨(dú)特的問題或者有什么創(chuàng)新的應(yīng)用思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。