ADP5072：雙路高性能DC - DC調(diào)節(jié)器的技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

一、引言

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高性能的DC - DC調(diào)節(jié)器至關(guān)重要。ADP5072作為一款雙路DC - DC調(diào)節(jié)器，能生成獨(dú)立調(diào)節(jié)的正負(fù)電源軌，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出卓越的性能。本文將深入解析ADP5072的特點(diǎn)、工作原理、應(yīng)用信息等內(nèi)容，為電子工程師在設(shè)計(jì)中提供全面的參考。

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二、ADP5072主要特性

輸入電壓與輸出調(diào)節(jié)

ADP5072 的輸入電源電壓范圍為 2.85 V 至 5.5 V，支持廣泛的應(yīng)用。它能生成獨(dú)立的正（(V{POS})）負(fù)（(V{NEG})）輸出，正輸出可調(diào)節(jié)至 35 V，負(fù)輸出可調(diào)節(jié)至 - 30 V。其中，升壓調(diào)節(jié)器集成 1.0 A 主開關(guān)用于生成 (V{POS})，反相調(diào)節(jié)器集成 0.6 A 主開關(guān)用于生成 (V{NEG})。

頻率與同步

該調(diào)節(jié)器具有 1.2 MHz/2.4 MHz 的開關(guān)頻率，還支持從 1.0 MHz 到 2.6 MHz 的可選外部頻率同步，方便在敏感應(yīng)用中進(jìn)行噪聲濾波。

軟啟動與噪聲控制

具備電阻可編程軟啟動定時器，可防止上電時的浪涌電流。同時，采用壓擺率控制技術(shù)，降低系統(tǒng)噪聲。

啟動順序與保護(hù)功能

提供靈活的啟動順序控制，可實(shí)現(xiàn)對稱啟動、(V{POS}) 先啟動或 (V{NEG}) 先啟動。此外，還具備欠壓鎖定（UVLO）、過流保護(hù)（OCP）、過壓保護(hù)（OVP）和熱關(guān)斷（TSD）等保護(hù)功能。

封裝與溫度范圍

采用 1.61 mm × 2.18 mm 的 20 球 WLCSP 封裝，結(jié)溫范圍為 - 40°C 至 + 125°C。

三、工作原理

脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式

升壓和反相調(diào)節(jié)器在固定頻率下工作，由內(nèi)部振蕩器設(shè)定。每個振蕩器周期開始時，MOSFET 開關(guān)導(dǎo)通，電感電流增加，當(dāng)電流檢測信號超過峰值電感電流閾值時，MOSFET 開關(guān)關(guān)斷，通過調(diào)整峰值電感電流閾值來調(diào)節(jié)輸出電壓。

脈沖跳躍調(diào)制模式

在輕載運(yùn)行時，調(diào)節(jié)器可跳過脈沖以維持輸出電壓調(diào)節(jié)，提高設(shè)備效率。

欠壓鎖定（UVLO）

UVLO 電路監(jiān)測 AVIN 引腳電壓，當(dāng)輸入電壓低于 (V{UVLO_FALLING}) 閾值時，兩個調(diào)節(jié)器關(guān)閉；當(dāng)電壓高于 (V{UVLO_RISING}) 閾值時，軟啟動周期開始，調(diào)節(jié)器啟用。

振蕩器與同步

ADP5072 的升壓調(diào)節(jié)器 SW1 引腳和反相調(diào)節(jié)器 SW2 引腳驅(qū)動相位相差 180°，減少峰值電流消耗和噪聲?；阪i相環(huán)（PLL）的振蕩器生成內(nèi)部時鐘，可選擇兩種內(nèi)部生成的頻率選項(xiàng)或外部時鐘同步。

內(nèi)部調(diào)節(jié)器

VREF 調(diào)節(jié)器為反相調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)提供參考電壓，同時包含電流限制電路，保護(hù)電路免受意外負(fù)載影響。

四、關(guān)鍵功能詳解

精確使能

ADP5072 為升壓和反相調(diào)節(jié)器分別提供使能引腳 EN1 和 EN2，具備精確使能電路和準(zhǔn)確的參考電壓，可方便地與其他電源進(jìn)行時序控制，也可作為可編程 UVLO 輸入。

軟啟動

每個調(diào)節(jié)器都有軟啟動電路，在啟動時以受控方式提升輸出電壓，限制浪涌電流。軟啟動時間可通過在 SS 引腳和 AGND 之間連接電阻進(jìn)行調(diào)整。

壓擺率控制

采用可編程輸出驅(qū)動器壓擺率控制電路，降低開關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓擺率，減少振鈴和電磁干擾（EMI）。可通過連接 SLEW 引腳到不同位置來設(shè)置不同的壓擺率。

電流限制保護(hù)

升壓和反相調(diào)節(jié)器都有電流限制保護(hù)電路，當(dāng)電感峰值電流在過載或短路情況下超過過流限制閾值時，調(diào)節(jié)器進(jìn)入打嗝模式，停止開關(guān)操作，經(jīng)過 (t_{HICCUP}) 后重新啟動軟啟動周期，直至過流情況消除。

過壓保護(hù)

在 FB1 和 FB2 引腳分別為升壓和反相調(diào)節(jié)器設(shè)置了過壓保護(hù)機(jī)制。當(dāng) FB1 引腳電壓超過 (V{OV1}) 閾值時，SW1 停止開關(guān)；當(dāng) FB2 引腳電壓低于 (V{OV2}) 閾值時，反相調(diào)節(jié)器停止開關(guān)。

熱關(guān)斷

當(dāng) ADP5072 結(jié)溫超過 (T{SHDN}) 時，熱關(guān)斷電路關(guān)閉 IC。結(jié)溫過高可能由長時間大電流運(yùn)行、電路板設(shè)計(jì)不佳或環(huán)境溫度過高等原因?qū)е?。熱關(guān)斷具有滯后特性，當(dāng)溫度下降到 (T{SHDN}-T_{HYS}) 以下時，各啟用通道會執(zhí)行軟啟動。

啟動順序

通過 SEQ 引腳可實(shí)現(xiàn)三種不同的使能模式：

1. 手動使能模式：SEQ 引腳開路，升壓和反相調(diào)節(jié)器分別由各自的精確使能引腳控制。
2. 同時使能模式：SEQ 引腳連接到 AVIN 引腳，當(dāng) EN2 引腳置高時，兩個調(diào)節(jié)器同時上電。
3. 順序使能模式：SEQ 引腳拉低，可通過 EN1 或 EN2 引腳先啟用 (V{POS}) 或 (V{NEG})，另一個引腳保持低電平，當(dāng)主電源完成軟啟動且反饋電壓達(dá)到目標(biāo)值的約 85% 時，輔助電源啟用。

五、應(yīng)用信息

元件選擇

反饋電阻

通過外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，要確保分壓器電流至少為 (10×I{FB1}) 或 (10×I{FB2})，以減少反饋偏置電流對輸出電壓精度的影響。計(jì)算公式如下：

• 升壓調(diào)節(jié)器：(V{POS}=V{FB1}×(1 + frac{R{FT1}}{R{FB1}}))
• 反相調(diào)節(jié)器：(V{NEG}=V{FB2}-frac{R{FT2}}{R{FB2}}(V{REF}-V{FB2}))

輸出電容

較高的輸出電容值可降低輸出電壓紋波，改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。建議使用 X5R 或 X7R 電介質(zhì)的陶瓷電容，額定電壓為 25 V 或 50 V。需考慮電容在溫度、直流偏置和公差等因素下的變化，計(jì)算公式為 (C{EFFECTIVE}=C{NOMINAL}×(1 - TEMPCO)×(1 - DCBIASCO)×(1 - Tolerance))。同時，應(yīng)選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）的電容，以最小化輸出電壓紋波。

輸入電容

較高值的輸入電容有助于降低輸入電壓紋波，改善瞬態(tài)響應(yīng)。建議將輸入電容盡可能靠近 AVIN 引腳和 PVIN 引腳放置，使用低 ESR 電容，穩(wěn)定所需的有效電容最小值為 10 μF。

VREF 電容

VREF 引腳和 AGND 之間需要連接一個 1.0 μF 的陶瓷電容。

軟啟動電阻

在 SS 引腳和 AGND 引腳之間連接電阻可增加軟啟動時間，軟啟動時間范圍為 4 ms（268 kΩ）至 32 ms（50 kΩ），計(jì)算公式為 (t{ss}=38.4×10^{-3}-1.28×10^{-7}×R{ss}(Omega))，其中 (50 kΩ ≤ R_{ss} ≤ 268 kΩ)。

二極管

建議使用低結(jié)電容的肖特基二極管，當(dāng)輸出電壓高于 5 V 時，優(yōu)選結(jié)電容小于 40 pF 的二極管。

電感選擇

• 升壓調(diào)節(jié)器：電感值建議在 1 μH 至 22 μH 范圍內(nèi)，以平衡電感電流紋波和效率。通過一系列公式計(jì)算電感值和相關(guān)參數(shù)，如開關(guān)占空比 (DUTY1=left(frac{V{POS}-V{IN}+V{DIODE1}}{V{POS}+V{DIODE1}}right)) 等。當(dāng)占空比大于 50% 時，需要斜率補(bǔ)償來穩(wěn)定電流模式環(huán)路。
• 反相調(diào)節(jié)器：同樣，電感值建議在 1 μH 至 22 μH 范圍內(nèi)，通過類似的公式計(jì)算相關(guān)參數(shù)，如開關(guān)占空比 (DUTY2=left(frac{vert V{NEG}vert + V{DIODE2}}{V{IN}+vert V{NEG}vert + V{DIODE2}}right)) 等。當(dāng)占空比大于 50% 時，也需要斜率補(bǔ)償。

環(huán)路補(bǔ)償

升壓調(diào)節(jié)器

補(bǔ)償調(diào)節(jié)反饋環(huán)路，確保調(diào)節(jié)器交叉頻率小于或等于右半平面零點(diǎn)頻率的十分之一。通過一系列公式計(jì)算補(bǔ)償電阻 (R{C1}) 和補(bǔ)償電容 (C{C1})。

反相調(diào)節(jié)器

與升壓調(diào)節(jié)器類似，補(bǔ)償調(diào)節(jié)反饋環(huán)路，確保交叉頻率小于右半平面零點(diǎn)頻率。通過相應(yīng)公式計(jì)算補(bǔ)償電阻 (R{C2}) 和補(bǔ)償電容 (C{C2})。

常見應(yīng)用

文檔提供了一系列常見組件選擇，適用于典型的 (V{IN})、(V{POS}) 和 (V_{NEG}) 條件。例如，對于 5 V 輸入電壓生成 ±15 V 輸出電壓的應(yīng)用，給出了具體的組件值和效率曲線。

六、布局考慮

良好的 PCB 布局對于實(shí)現(xiàn) ADP5072 的高性能至關(guān)重要。布局時應(yīng)遵循以下原則：

1. 輸入旁路電容（CIN）應(yīng)靠近 PVIN 引腳和 AVIN 引腳。
2. 高電流路徑應(yīng)盡可能短，包括升壓調(diào)節(jié)器和反相調(diào)節(jié)器的相關(guān)連接。
3. 板的頂層應(yīng)將 AGND 引腳和 PGND 引腳分開，避免 AGND 引腳受開關(guān)噪聲污染，并通過過孔將它們連接到板的接地平面。
4. 高電流走線應(yīng)盡可能短而寬，以減少寄生串聯(lián)電感，降低尖峰和 EMI。
5. 避免在連接到 SW1 和 SW2 引腳的節(jié)點(diǎn)或電感 L1 和 L2 附近布線高阻抗走線，防止輻射開關(guān)噪聲注入。反饋電阻應(yīng)盡可能靠近 FB1 和 FB2 引腳。
6. 補(bǔ)償組件應(yīng)盡可能靠近 COMP1 和 COMP2 引腳，避免與反饋電阻共享過孔到接地平面，防止高頻噪聲耦合到敏感引腳。
7. CVREF 電容應(yīng)盡可能靠近 VREF 引腳，確保 VREF 引腳和 (R_{FB2}) 之間使用短走線。

七、總結(jié)

ADP5072 是一款功能強(qiáng)大的雙路 DC - DC 調(diào)節(jié)器，具有獨(dú)立的正負(fù)輸出、靈活的啟動順序、多種保護(hù)功能和良好的性能表現(xiàn)。電子工程師在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇元件、進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償和優(yōu)化 PCB 布局，以充分發(fā)揮 ADP5072 的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似調(diào)節(jié)器的使用問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。