ADPL21501：低功耗升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的卓越之選

在電子設(shè)備設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。特別是對于便攜式電子設(shè)備，如數(shù)字相機、OLED電源等，需要一款低功耗、高效能的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。今天，我們就來深入了解一下Analog Devices推出的ADPL21501。

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一、ADPL21501的特性亮點

低靜態(tài)電流

ADPL21501在不同模式下都展現(xiàn)出了極低的靜態(tài)電流。在活躍模式下，靜態(tài)電流僅為20μA；而在關(guān)機模式下，更是低至<2μA。這一特性對于依靠電池供電的便攜式設(shè)備來說至關(guān)重要，能夠顯著延長電池的續(xù)航時間。

寬輸入電壓范圍與高輸出電壓

它能夠在低至1V的輸入電壓下正常工作，同時可以提供高達30V的輸出電壓。這使得它在多種不同的電源場景下都能發(fā)揮作用，無論是單節(jié)電池供電的設(shè)備，還是需要高電壓輸出的應(yīng)用。

低導(dǎo)通電阻開關(guān)與小尺寸元件

其開關(guān)的導(dǎo)通電阻低，在70mA電流下僅為95mV。并且，它可以使用小型的表面貼裝元件，配合其低輪廓（1mm）的ThinSOT封裝，大大節(jié)省了電路板空間，非常適合對空間要求苛刻的便攜式應(yīng)用。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

ADPL21501的應(yīng)用場景十分豐富，涵蓋了便攜式電子設(shè)備、電池備份、數(shù)字相機、OLED電源以及醫(yī)療診斷設(shè)備等領(lǐng)域。例如，在數(shù)字相機中，它可以為相機的各個模塊提供穩(wěn)定的電源；在OLED電源中，能夠滿足OLED對高電壓的需求。

三、技術(shù)參數(shù)詳解

電氣特性

在 (T{A}=25^{circ} C) 、 (V{IN}=1.2 ~V) 、 (V{overline{SHDN}}=1.2 ~V) 的條件下，它的最小輸入電壓為1V，靜態(tài)電流在不切換時典型值為20μA，關(guān)機模式下最大為2μA。反饋比較器的觸發(fā)點在 -40°C ≤ (T{J}) ≤ 85°C 范圍內(nèi)為1.205 - 1.255V，具有8mV的遲滯。

絕對最大額定值

其輸入電壓和SHDN電壓最大為15V，SW電壓最大為32V，F(xiàn)B電壓最大為 (V_{IN}) ，流入FB引腳的電流最大為1mA。結(jié)溫最大為125°C，工作溫度范圍為 -40°C 至 85°C，存儲溫度范圍為 -65°C 至 150°C，焊接時引腳溫度（10秒）最大為300°C。在設(shè)計時，必須嚴格遵守這些參數(shù)，避免設(shè)備損壞。

四、引腳配置與功能

引腳配置

ADPL21501采用5引腳的ThinSOT封裝，引腳分別為SW（開關(guān)引腳）、GND（接地引腳）、FB（反饋引腳）、SHDN（關(guān)機引腳）和 (V_{IN}) （輸入電源引腳）。

功能說明

• SW引腳：是內(nèi)部NPN功率開關(guān)的集電極，為了減少電磁干擾，連接該引腳的金屬走線面積應(yīng)盡量小。
• GND引腳：需要直接連接到本地接地平面。
• FB引腳：通過選擇R1和R2的值來設(shè)置輸出電壓，計算公式為 (R1 = R2 × ( V_{OUT} / 1.23 - 1)) 。
• SHDN引腳：當該引腳連接到0.9V或更高電壓時，設(shè)備啟用；連接到低于0.25V時，設(shè)備關(guān)閉。
• (V_{IN}) 引腳：輸入電源引腳，需要使用盡可能靠近設(shè)備的電容進行旁路。

五、工作原理

ADPL21501采用恒定關(guān)斷時間控制方案，在較寬的輸出電流范圍內(nèi)都能實現(xiàn)高效率。當FB引腳電壓略高于1.23V時，比較器A1禁用大部分內(nèi)部電路，輸出電流由電容C2提供。當FB引腳電壓下降到A1的下遲滯點以下時，A1啟用內(nèi)部電路，功率開關(guān)Q3導(dǎo)通，電感L1中的電流開始上升。當開關(guān)電流達到100mA時，比較器A2重置單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，Q3關(guān)斷400ns，電感L1通過二極管D1向輸出端提供電流。這個開關(guān)動作會一直持續(xù)，直到輸出電壓充電到FB引腳達到1.23V，然后A1關(guān)閉內(nèi)部電路，循環(huán)重復(fù)。

在啟動和短路情況下，ADPL21501還有額外的保護電路。當FB引腳電壓小于約600mV時，開關(guān)關(guān)斷時間增加到1.5μs，電流限制降低到約70mA，以減少平均電感電流，降低功率開關(guān)和外部電感、二極管的功耗。

六、元件選擇要點

電感選擇

• 升壓調(diào)節(jié)器：可以使用公式 (L = (frac{V{OUT } - V{INMIN } + V{D}}{I{LIM }}) × t{OFF }) 來計算合適的電感值，其中 (V{D}=0.4 ~V) ， (I{LIM }=100 ~mA) ， (t{OFF}=400 ~ns) 。對于大多數(shù)輸出電壓低于7V的系統(tǒng)，4.7μH的電感是最佳選擇。
• SEPIC調(diào)節(jié)器：使用公式 (L = 2 × (frac{V{OUT } + V{D}}{I{LIM}}) × t{OFF}) 計算電感值。

電容選擇

輸出端應(yīng)使用低ESR（等效串聯(lián)電阻）的電容，多層陶瓷電容是最佳選擇，因為它們的ESR非常低，且封裝尺寸小。輸入去耦電容也建議使用陶瓷電容，并盡可能靠近ADPL21501放置，大多數(shù)應(yīng)用中4.7μF的輸入電容就足夠了。

二極管選擇

對于大多數(shù)ADPL21501應(yīng)用，MBR0520表面貼裝肖特基二極管（0.5A，20V）是理想的選擇。對于更高輸出電壓的應(yīng)用，可以使用30V的MBR0530。確保所選二極管的額定電流至少為0.1A。

降低輸出電壓紋波

使用低ESR電容可以幫助最小化輸出紋波電壓，同時，合理選擇電感和輸出電容也很重要。如果電感值過大或電容值過小，輸出紋波電壓會增加?？梢酝ㄟ^增加輸出電容值或在反饋網(wǎng)絡(luò)中添加一個4.7pF的前饋電容來降低輸出紋波。

七、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了一個30V轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用電路，以及1節(jié)堿性電池升壓到3.3V的應(yīng)用電路。這些電路為工程師在實際設(shè)計中提供了參考，可以根據(jù)具體需求進行調(diào)整。

總之，ADPL21501以其低功耗、高輸出電壓、小尺寸等優(yōu)點，成為了電子工程師在設(shè)計便攜式電子設(shè)備和需要高電壓輸出應(yīng)用時的一個優(yōu)秀選擇。在使用過程中，嚴格按照其技術(shù)參數(shù)和元件選擇要點進行設(shè)計，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在使用類似的DC/DC轉(zhuǎn)換器時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。