深入解析AP1501：一款高效的PWM BUCK DC/DC轉(zhuǎn)換器

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，DC/DC轉(zhuǎn)換器是一個(gè)常見且關(guān)鍵的組件。今天，我們就來詳細(xì)探討一下DIODES公司的AP1501——一款150KHZ、3A PWM BUCK DC/DC轉(zhuǎn)換器。

文件下載：AP1501.pdf

產(chǎn)品概述

AP1501是一款完全集成的降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器，無需額外的驅(qū)動(dòng)組件就能驅(qū)動(dòng)3A負(fù)載。它以150kHz的開關(guān)頻率運(yùn)行，這使得我們可以使用小尺寸的濾波組件，從而減少了電路板空間并降低了物料清單（BOM）成本。

產(chǎn)品特性

輸出電壓靈活

AP1501提供固定輸出電壓（3.3V、5V、12V）和可調(diào)輸出版本，可調(diào)版本的輸出電壓范圍為1.23V至37V，并且在指定的輸入和輸出負(fù)載條件下，輸出電壓保證有±4%的容差。這為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了很大的靈活性。

高性能控制

采用電壓模式非同步PWM控制，內(nèi)置補(bǔ)償功能，無需外部電路即可實(shí)現(xiàn)線路和負(fù)載調(diào)節(jié)的反饋控制。

保護(hù)功能完善

具備熱關(guān)斷和電流限制功能，可防止輸出開關(guān)因高溫和大電流而損壞。同時(shí)，振蕩器頻率有±15%的容差。

低功耗模式

擁有關(guān)機(jī)功能，可通過外部邏輯信號(hào)輸入激活待機(jī)模式，待機(jī)靜態(tài)電流低至150 - 250μA。

封裝多樣

提供標(biāo)準(zhǔn)的5引腳TO263和TO220封裝，并且完全無鉛，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，是一款“綠色”器件。

引腳分配與功能

引腳分配

AP1501的引腳分配清晰，不同封裝（TO263 - 5L和TO220 - 5L）的引腳布局都有明確的圖示說明。

引腳功能

• VIN：工作電壓輸入引腳，需要連接合適的輸入旁路電容，以減少電壓瞬變并提供調(diào)節(jié)器所需的開關(guān)電流。
• Output：開關(guān)輸出引腳，該引腳的電壓在(+VIN – VSAT)和大約 - 0.5V之間切換，占空比約為VOUT / VIN。為減少對(duì)敏感電路的耦合，連接該引腳的PCB銅面積應(yīng)盡量小。
• Gnd：接地引腳，提供電路的參考地。
• FB：輸出電壓反饋控制引腳，用于感應(yīng)調(diào)節(jié)后的輸出電壓，以完成反饋回路。
• SD：ON/OFF關(guān)機(jī)控制引腳，允許使用邏輯電平信號(hào)關(guān)閉開關(guān)調(diào)節(jié)器電路，將總輸入電源電流降至約150μA。將該引腳拉至低于約1.3V的閾值電壓可開啟調(diào)節(jié)器，拉至高于1.3V（最高40V）則關(guān)閉調(diào)節(jié)器。如果不需要此關(guān)機(jī)功能，可將該引腳連接到接地引腳或留空，此時(shí)調(diào)節(jié)器將處于開啟狀態(tài)。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

了解AP1501的絕對(duì)最大額定值對(duì)于正確使用該器件至關(guān)重要。例如，其電源電壓（Vcc）最大為 +45V，ESD機(jī)器模型保護(hù)為400V等。在設(shè)計(jì)過程中，必須確保各項(xiàng)參數(shù)不超過這些額定值，以避免器件損壞。

電氣參數(shù)

在不同的輸入電壓和負(fù)載電流條件下，AP1501的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，在VIN = 12V、ILOAD = 3A的情況下，AP1501 - 5V版本的輸出電壓在4.75 - 5.25V之間，效率可達(dá)80%；AP1501 - 12V版本在VIN = 15V、ILOAD = 3A時(shí)，輸出電壓在11.4 - 12.6V之間，效率高達(dá)90%。這些數(shù)據(jù)為工程師在選擇合適的版本和設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考。

典型應(yīng)用電路

固定類型電路

適用于需要固定輸出電壓的應(yīng)用場(chǎng)景，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠穩(wěn)定地提供所需的輸出電壓。

可調(diào)類型電路

通過調(diào)整電阻R1和R2的值，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，計(jì)算公式為$v{out}=v{FB} times(1+frac{R1}{R2})$，其中$V_{FB}=1.23V$，$R2$的取值范圍為1K - 3K。這種電路在需要靈活調(diào)整輸出電壓的場(chǎng)合非常有用。

延遲啟動(dòng)電路

在某些應(yīng)用中，可能需要延遲啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，以避免對(duì)其他電路造成沖擊。延遲啟動(dòng)電路通過RDELAY和CDELAY的組合來實(shí)現(xiàn)延遲功能。

熱考慮因素

不同封裝的散熱要求

AP1501有TO - 263和TO - 220兩種封裝。在大多數(shù)情況下，TO - 220封裝需要散熱片，散熱片的大小取決于輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度。而TO - 263表面貼裝封裝的散熱主要依靠焊接到PCB上的銅層，建議焊接的PCB銅面積至少為0.4平方英寸，理想情況下應(yīng)為2平方英寸以上的2oz銅。

溫度影響

隨著負(fù)載電流和輸入輸出電壓的變化，AP1501的結(jié)溫會(huì)升高。在設(shè)計(jì)過程中，需要考慮環(huán)境溫度對(duì)器件的影響，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，需要采取更多的散熱措施，如使用更大面積的銅層、雙面多層PCB或增加氣流等。

訂購(gòu)信息

AP1501有多種型號(hào)可供選擇，不同型號(hào)對(duì)應(yīng)不同的輸出電壓和封裝。例如，AP1501 - 50K5G - 13為5V輸出、TO263 - 5封裝的“綠色”器件，每管或每卷的數(shù)量為800個(gè)。需要注意的是，部分版本（如AP1501 - 12K5G - 13和AP1501 - 33K5G - 13）為NRND（不建議用于新設(shè)計(jì)）或EOL（停產(chǎn)）狀態(tài)，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行評(píng)估。

總結(jié)

AP1501是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的PWM BUCK DC/DC轉(zhuǎn)換器，具有輸出電壓靈活、保護(hù)功能完善、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的輸出電壓版本和封裝，同時(shí)要注意引腳功能的正確使用和熱管理。希望通過本文的介紹，能幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用AP1501這款器件。你在使用類似DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。