SP7661評(píng)估板：高效同步降壓轉(zhuǎn)換器的評(píng)估與設(shè)計(jì)指南

一、SP7661簡(jiǎn)介

SP7661是一款0 - 3A輸出的同步降壓轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置功率MOSFET，具有欠壓鎖定（UVLO）功能，可同時(shí)檢測(cè)VCC和VIN。其高度集成的設(shè)計(jì)使得所需外部組件極少，效率高達(dá)90%，還具備豐富的特性，如可編程軟啟動(dòng)、內(nèi)置VCC電源、輸出短路保護(hù)和電流限制等。

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二、評(píng)估板使用方法

1. 上電操作

將SP7661評(píng)估板與外部+12V電源連接，使用短導(dǎo)線(xiàn)和大直徑電線(xiàn)直接連接到“VIN”和“GND”端子。在VOUT和GND端子之間連接負(fù)載時(shí)，同樣使用短導(dǎo)線(xiàn)和大直徑電線(xiàn)，以減少電感和電壓降。大家在實(shí)際操作中，一定要注意導(dǎo)線(xiàn)的選擇，這對(duì)電路性能影響很大，你有遇到過(guò)因?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)選擇不當(dāng)導(dǎo)致電路不穩(wěn)定的情況嗎？

2. 輸出負(fù)載特性測(cè)量

測(cè)量VOUT紋波時(shí)，將探頭尖端接觸C5的焊盤(pán)，示波器的GND夾接觸輸出GND端子，避免使用示波器的GND線(xiàn)，以免增加噪聲拾取。

3. 不同輸出電壓設(shè)置

評(píng)估板默認(rèn)輸出設(shè)置為3.30V，通過(guò)改變電阻R2的值，可將SP7661設(shè)置為其他輸出電壓。計(jì)算公式為： [R 2=frac{R 1}{left(frac{ Vout }{.80 V}-1right)}] 其中(R 1 = 10 k Omega)，當(dāng)Vout = 0.80V時(shí)，只需從板上移除R2。為保證系統(tǒng)環(huán)路穩(wěn)定性，建議將R1的電阻范圍限制在(10 k Omega ≤R 1 ≤100 k Omega)。需要注意的是，由于評(píng)估板設(shè)計(jì)是針對(duì)12V降壓至3.30V進(jìn)行優(yōu)化的，改變輸出電壓和/或輸入電壓會(huì)影響電源數(shù)據(jù)部分給出的性能。此外，若要輸出電壓大于3.3V，需禁用電流檢測(cè)，方法是移除R3和R4。

4. 電流限制調(diào)整

SP7661ER通過(guò)感應(yīng)VOUT在GND處的電壓提供短路保護(hù)，轉(zhuǎn)換器的電流限制設(shè)置約為5.5A，通過(guò)感應(yīng)電感中的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整電流限制可根據(jù)以下公式： 向上調(diào)整電流通過(guò)調(diào)整電阻R9；向下調(diào)整電流通過(guò)調(diào)整R8，公式為： [R 8=R 4 cdotleft(frac{( Vout -60 mV)+(Imax cdot DCR)}{60 mV-(Imax cdot DCR)}right)] 其中DCR是電感繞組電阻，IMAX是所需的輸出電流。對(duì)于本演示板上的Wurth電感，DCR標(biāo)稱(chēng)值為14mΩ。更詳細(xì)的電流限制信息可在SP7661數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。

三、電源數(shù)據(jù)

SP7661ER設(shè)計(jì)了一個(gè)在線(xiàn)路、負(fù)載和溫度范圍內(nèi)精度為2.0%的參考電壓。典型的SP7661評(píng)估板效率圖顯示，效率高達(dá)90%，輸出電流可達(dá)3A。滿(mǎn)載時(shí)輸出電壓紋波小于10mV，相關(guān)數(shù)據(jù)還展示了0A至3A和1A至3A的負(fù)載階躍響應(yīng)、短路和電流限制情況，以及典型的滿(mǎn)載和空載啟動(dòng)特性。這些數(shù)據(jù)都是在12V輸入電壓下測(cè)得的，雖然單個(gè)電源板的數(shù)據(jù)可能會(huì)有所不同，但SP7661ER在一系列負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高精度的能力令人印象深刻，對(duì)于精確的電源設(shè)計(jì)非常有價(jià)值。你在設(shè)計(jì)電源時(shí)，更關(guān)注效率還是輸出精度呢？

四、III型環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)

1. 原理概述

SP7661EB的開(kāi)環(huán)增益可分為誤差放大器增益Gamp(s)、PWM調(diào)制器Gpwm、降壓轉(zhuǎn)換器輸出級(jí)Gout(s)和反饋電阻分壓器Gfbk。為了在選定頻率fco處實(shí)現(xiàn)交叉，誤差放大器的增益必須補(bǔ)償該頻率下環(huán)路其余部分引起的衰減。環(huán)路補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是操縱開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)，使其增益以–20dB/dec的斜率在0dB處交叉。開(kāi)環(huán)交叉頻率應(yīng)高于輸出電容器的ESR零點(diǎn)，但小于開(kāi)關(guān)頻率fs的1/5至1/10，以確保正常運(yùn)行。由于SP7661EB采用陶瓷型輸出電容器，需要一個(gè)III型補(bǔ)償電路來(lái)提供180°的相位提升，以抵消輸出LC欠阻尼諧振雙極點(diǎn)頻率的影響。

2. 設(shè)計(jì)步驟

• 計(jì)算雙極點(diǎn)頻率fp_LC： [fp_LC =frac{1}{2 pi(sqrt{L cdot C})}] 對(duì)于(L = 2.2uH)，(C = 80uF)（考慮陶瓷電容性能，使用約80%的輸出電容進(jìn)行計(jì)算），可得(fp_LC approx 12 kHz)。
• 計(jì)算ESR零點(diǎn)頻率fz_ESR： [fz_ESR =frac{1}{2 pi cdot Cesr cdot Cout }] 其中(Cesr = 3 m Omega)，(Cout = 80 mu F)，計(jì)算得(fz_ESR = 663 kHz)。
• 選擇R1組件值：選擇(R 1 = 10 k Omega)，精度為1%。
• 計(jì)算R2：根據(jù)所需的VOUT計(jì)算R2，公式為： [R 2=frac{R 1}{left[frac{ Vout }{.8 V}right]-1}] 當(dāng)(Vout = 3.3V)時(shí)，(R 2 approx 3160 Omega)。
• 選擇RZ2 / R1增益比：根據(jù)所需的增益帶寬（這里使用60kHz），計(jì)算RZ2： [R Z 2=R 1 cdotleft[frac{ Vramp_pp }{ Vinmax }right] cdotleft(frac{f c o}{f p{-} L C}right)] 其中(Vramp_pp = 1.0V)，(Vin_max = 12V)，計(jì)算得(R Z 2 approx 4020 Omega)。
• 計(jì)算CZ2：將零點(diǎn)放置在輸出濾波器極點(diǎn)頻率的1/2處，計(jì)算公式為： [C Z 2=frac{1}{pi cdot R Z 2 cdot f p_{-} L C}] 計(jì)算得(C Z 2 approx 6.8 n F)。
• 計(jì)算CP1：將第一個(gè)極點(diǎn)放置在ESR零點(diǎn)頻率處，計(jì)算公式為： [C P 1=frac{1}{2 pi cdotleft(R z 2 cdot f z_{-} E S Rright)}] 計(jì)算得(C P 1 approx 56 p F)。
• 計(jì)算RZ3：將第二個(gè)極點(diǎn)放置在開(kāi)關(guān)頻率的1/2處，第二個(gè)零點(diǎn)放置在輸出濾波器雙極點(diǎn)頻率處，計(jì)算公式為： [R Z 3=frac{2 cdot(R 1) cdotleft(f p{-} L Cright)}{f{S}-2 f p{-} L C}] 其中(f{S} = 600 kHz)，計(jì)算得(R Z 3 approx 400 Omega)。
• 計(jì)算CZ3：根據(jù)RZ3的值計(jì)算CZ3，公式為： [C Z 3=frac{1}{pi cdot R Z 3 cdot f_{S}}] 計(jì)算得(C Z 3 approx 1500 p F)。
• 選擇CF1：選擇(100 pF ≤CF 1 ≤220 pF)，這里選擇100pF來(lái)穩(wěn)定SP7661ER內(nèi)部誤差放大器。

五、PC布局圖紙

文檔提供了SP7661EB的組件布局圖、PC布局的頂層、第二層、第三層和底層圖，以及底層組件圖，為工程師進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)和制作提供了詳細(xì)的參考。

六、建議組件和供應(yīng)商列表

文檔還列出了SP7661EB建議使用的組件和供應(yīng)商信息，包括PCB、U1（Sipex SP7661EU同步降壓調(diào)節(jié)器）、各種電容、電阻等組件的制造商、型號(hào)、尺寸和聯(lián)系電話(huà)等。

七、訂購(gòu)信息

如果需要進(jìn)一步的幫助，可通過(guò)以下方式獲取支持：

• 電子郵件：Sipexsupport@sipex.com
• WWW支持頁(yè)面：http://www.sipex.com/content.aspx?p=support
• 實(shí)時(shí)技術(shù)聊天：http://www.geolink-group.com/sipex/
• Sipex應(yīng)用筆記：http://www.sipex.com/applicationNotes.aspx
• III型環(huán)路補(bǔ)償計(jì)算器：www.sipex.com/files/Application-Notes/TypeIIICalculator.xls

總之，SP7661評(píng)估板為電子工程師提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，用于評(píng)估和設(shè)計(jì)高效的同步降壓轉(zhuǎn)換器。通過(guò)合理使用評(píng)估板和掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)方法，工程師可以更好地滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用評(píng)估板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。