Vishay SiC401、SiC402、SiC403同步降壓調(diào)節(jié)器參考板使用指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。Vishay Siliconix的SiC401、SiC402和SiC403同步降壓調(diào)節(jié)器為我們提供了高效、穩(wěn)定的電源解決方案。今天，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這三款調(diào)節(jié)器及其參考板的使用。

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產(chǎn)品概述

SiC401、SiC402和SiC403是高頻電壓模式恒定導(dǎo)通時(shí)間（CM - COT）同步降壓調(diào)節(jié)器，集成了高端和低端功率MOSFET。它們的連續(xù)輸出電流分別為15A（SiC401）、10A（SiC402）和6A（SiC403），輸入電壓范圍有所不同，SiC401A/B為3V至17V，SiC402A/B和SiC403A/B為3V至28V，輸出電壓范圍為0.6V至輸入電壓的0.75倍，工作頻率在200kHz至1MHz之間，采用MLP55 - 32L封裝。

這些調(diào)節(jié)器適用于多種應(yīng)用，包括計(jì)算、消費(fèi)電子、電信和工業(yè)領(lǐng)域，如低功耗處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器、DSP、FPGA和ASIC的負(fù)載點(diǎn)調(diào)節(jié)，以及5V、12V或24V軌的低壓分布式電源架構(gòu)等。

產(chǎn)品特性

輸入輸出特性

• 寬輸入電壓范圍：不同型號(hào)適應(yīng)不同的輸入電壓范圍，能滿足多種電源環(huán)境的需求。
• 可調(diào)輸出電壓：可調(diào)節(jié)輸出電壓低至0.6V，滿足不同負(fù)載對(duì)電壓的要求。
• 連續(xù)輸出電流：分別提供6A、10A和15A的連續(xù)輸出電流，能適應(yīng)不同功率的負(fù)載。

性能特性

• 高頻操作：工作頻率可在200kHz至1MHz之間選擇，靈活性高。
• 高效節(jié)能：峰值效率可達(dá)95%，并具備節(jié)能方案，提高輕載效率。
• 快速響應(yīng)：CM - COT架構(gòu)提供超快的瞬態(tài)響應(yīng)，且在輕載時(shí)具有良好的紋波調(diào)節(jié)能力。
• 穩(wěn)定性好：對(duì)任何類型的電容都能保持穩(wěn)定，無(wú)需外部ESR網(wǎng)絡(luò)。
• 高精度：輸出電壓設(shè)置精度為±1%。

保護(hù)特性

• 全面保護(hù)：具備過溫保護(hù)（OTP）、短路保護(hù)（SCP）、欠壓保護(hù)（UVP）和過壓保護(hù)（OVP）等功能。
• P_GOOD指示：當(dāng)FB或輸出電壓在設(shè)定電壓的 - 10%至 + 20%范圍內(nèi)時(shí)，P_GOOD引腳輸出高電平，指示輸出正常。
• 寬溫度范圍：工作結(jié)溫范圍為 - 40°C至 + 125°C。

參考板使用說(shuō)明

連接與信號(hào)測(cè)試點(diǎn)

參考板上有多個(gè)連接端口和測(cè)試點(diǎn)，用于連接電源、負(fù)載和進(jìn)行電壓測(cè)量。

• 電源插座：
  • (V_{IN})和GND（P1）：連接輸入電壓源，SiC401A/BCD的輸入電壓范圍為3V至17V，SiC402A/BCD和SiC403A/BCD為3V至28V。
  • (V_{OUT})和GND（P3）：連接負(fù)載，SiC401A/BCD的最大輸出電流為15A，SiC402A/BCD為10A，SiC403A/BCD為6A。
  • 5V和GND（P5）：連接外部5V電壓源。
• 選擇跳線：
  • P7：模式選擇跳線，可選擇省電模式或恒定PWM模式，還可通過將引腳2接地來(lái)禁用器件。
  • P8：UVLO選項(xiàng)跳線，用于啟用或禁用欠壓鎖定（UVLO）功能。
  • P6：(V_{DD})選擇跳線，可選擇內(nèi)部LDO或外部5V電源。
• 信號(hào)和測(cè)試引線：
  • (IN SENSE)和(GND IN_SENSE)（P2）：用于測(cè)量調(diào)節(jié)器輸入電壓，消除連接產(chǎn)生的損耗。
  • (VOUT SENSE)和(GND _{OUT }) SENSE（P4）：用于測(cè)量調(diào)節(jié)器輸出電壓，消除連接產(chǎn)生的損耗。
  • PGD（P9）：開漏輸出引腳，通過10kΩ電阻上拉至(V_{IN})，用于指示輸出是否正常。

上電過程

將P6跳線置于位置1，向(V_{IN})施加12V電壓即可開啟參考板。如果P7跳線就位，板子將進(jìn)入省電模式；否則，將觀察到恒定PWM模式。當(dāng)輸入電壓高于12V時(shí)，建議在LX至GND之間安裝一個(gè)RC緩沖器，參考板上有R9和C11的占位，可使用10Ω和1nF的元件作為起始值。

參考板調(diào)整

輸出電壓調(diào)整

如果需要不同的輸出電壓，可根據(jù)公式(R{12}=R{13} × frac{V{OUT }-V{FB}}{V{FB}})（其中(V{FB})為0.6V）來(lái)改變(R_{12})的值。

開關(guān)頻率更改

開關(guān)頻率與導(dǎo)通時(shí)間、(V{IN})、(V{OUT})和(R{ON})值有關(guān)，可通過公式(R{tON}=frac{k}{25 pF × F{SW}})計(jì)算(R{tON})的值，其中k的值根據(jù)(V{DD})和(V{IN})的大小確定。同時(shí)，(R{tON})的最大值為(R{tON MAX. }=frac{V_{IN min }}{15 mu A})。

元件選擇

輸出電容選擇

選擇輸出電容時(shí)，需要考慮電壓額定值、ESR、瞬態(tài)響應(yīng)、PCB面積和成本等因素。不同類型的電容各有優(yōu)缺點(diǎn)：

• 電解電容：ESR高，隨時(shí)間會(huì)干涸，紋波電流額定值需仔細(xì)檢查，瞬態(tài)響應(yīng)慢，但電容值大且價(jià)格相對(duì)較低。
• 鉭電容：可提供低ESR和高電容值，但損壞時(shí)表現(xiàn)不佳，瞬態(tài)響應(yīng)也較慢。
• 陶瓷電容：ESR非常低，瞬態(tài)響應(yīng)快，尺寸小，但電容值相對(duì)較低。因此，綜合使用不同類型的電容是比較明智的選擇。

電感選擇

電感的選擇取決于具體應(yīng)用，可通過公式(tau{IND}=frac{L}{DCR})和(L=frac{left(V{IN }-V{OUT }right) × t{ON }}{I{OUT MAX } × k{2}})來(lái)確定電感值。除了電感值，DCR和飽和電流也是關(guān)鍵參數(shù)。DCR會(huì)導(dǎo)致I2R損耗，降低系統(tǒng)效率并產(chǎn)生熱量；飽和電流必須高于最大輸出電流加上紋波電流的一半。參考板上使用了Vishay IHLP系列電感，以滿足成本和高效率的要求。

布局考慮

SiC40x系列產(chǎn)品具有兼容的封裝，為設(shè)計(jì)者提供了可擴(kuò)展的降壓調(diào)節(jié)器解決方案。遵循以下布局建議，可在不改變電路板設(shè)計(jì)的情況下，僅通過微調(diào)元件值來(lái)適應(yīng)不同的輸出電流和電壓：

1. 輸入電容布局：將輸入陶瓷電容靠近電壓輸入引腳放置，盡可能靠近設(shè)計(jì)規(guī)則允許的位置放置一個(gè)小的10nF / 100nF電容，以減少輸入高頻電流環(huán)路的大小，降低輸入和LX節(jié)點(diǎn)的高頻紋波噪聲。
2. 被動(dòng)元件布局：將設(shè)置和控制的無(wú)源器件邏輯地圍繞IC放置，并在第二層為它們提供一個(gè)安靜的接地平面。
3. 輸出電容布局：使用陶瓷電容降低輸出阻抗，將其盡可能靠近IC的(PGND)和輸出電壓節(jié)點(diǎn)放置，在最靠近IC和電感環(huán)路的位置放置一個(gè)小的10nF / 100nF陶瓷電容。
4. 電流環(huán)路布局：使LX、(V_{OUT})和IC GND之間的環(huán)路盡可能緊湊，以降低串聯(lián)電阻，減小電流環(huán)路，提高輸出電容的高頻響應(yīng)。
5. 高電流布局：當(dāng)需要高電流時(shí)，使用高電流走線，可使用多層板并增加過孔，以降低輸出阻抗。
6. 過孔使用：在涉及多層板時(shí)，使用多個(gè)過孔，以降低層間電阻和PCB網(wǎng)絡(luò)的過孔電感。
7. 電壓注入網(wǎng)絡(luò)布局：如果需要電壓注入網(wǎng)絡(luò)，將其放置在靠近電感LX節(jié)點(diǎn)的位置。
8. PGND布局：如果要減小PCB電阻，可在內(nèi)部層使用(PGND)，并根據(jù)需要增加過孔，但要注意過孔之間的路徑。
9. AGND布局：為(AGND)使用一個(gè)安靜的平面，放置在小信號(hào)無(wú)源器件下方，可根據(jù)需要放置在多層板上以散熱，并在靠近輸入GND處與(PGND)平面連接，連接寬度至少為1mm。
10. LX銅層布局：LX銅層也可使用多層板，并使用多個(gè)過孔。
11. 電感下方布局：在設(shè)計(jì)中移除電感下方的銅區(qū)域（所有層），以減少電感與GND走線之間的電感耦合，該區(qū)域下方不應(yīng)放置其他電壓平面。

總結(jié)

Vishay的SiC401、SiC402和SiC403同步降壓調(diào)節(jié)器及其參考板為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的電源解決方案。通過合理選擇元件和優(yōu)化布局，我們可以充分發(fā)揮這些調(diào)節(jié)器的性能，滿足各種應(yīng)用的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，你是否遇到過類似電源管理芯片的使用問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。