探索ADP2114評估板：多功能DC - DC轉(zhuǎn)換器的實用指南

在電子工程師的日常工作中，找到一款合適的DC - DC轉(zhuǎn)換器評估板至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下Analog Devices推出的ADP2114評估板（EVAL - ADP2114），看看它有哪些特點、如何使用以及如何進行性能評估和配置修改。

文件下載：ADP2114-2PH-EVALZ.pdf

1. 評估板概述

1.1 特點

ADP2114評估板是一款功能齊全的演示板，專為ADP2114設(shè)計。它具有獨立運行能力，是一款可配置的雙同步降壓DC - DC開關(guān)穩(wěn)壓器。其輸出模式靈活，可實現(xiàn)雙2A/2A或3A/1A輸出，也能組合成單4A輸出。輸入電壓范圍為2.75V至5.5V，輸出電壓可選固定值（0.8V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V）或可調(diào)至最低0.6V。開關(guān)頻率可在300kHz、600kHz、1.2MHz中選擇，也能從200kHz至2MHz進行同步。此外，它還具備可配置的SYNC輸入或CLOCKOUT輸出、兩個獨立的使能輸入和兩個電源良好輸出，尺寸為3 - 7/16英寸×2 - 5/8英寸。

1.2 應(yīng)用

該評估板主要用于演示ADP2114的功能和可配置性，在用戶電路中模擬ADP2114的功能，以及評估ADP2114的性能。

1.3 版本

ADP2114評估板有兩個版本：ADP2114 - EVALZ，輸出為3.3V@2A和1.8V@2A，開關(guān)頻率設(shè)為600kHz，啟用脈沖跳過模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，單路交錯輸出1.2V@4A，開關(guān)頻率設(shè)為1.2MHz，采用強制PWM模式。環(huán)境溫度工作范圍為 - 40°C至 + 85°C。

2. 使用評估板

2.1 上電操作

評估板已完全組裝并經(jīng)過測試。上電前，需確保電源電壓不超過ADP2114的最大工作輸入電壓5.5V。將電源負極連接到評估板的J2（GND）插孔，正極連接到J1（VIN +）插孔。連接負載時，要確保輸出電壓不超過負載的最大工作電壓范圍。對于通道1，將負載負極連接到J4（GND1），正極連接到J3（+ VOUT1）；對于通道2，將負載負極連接到J5（GND2），正極連接到J6（+ VOUT2）。在單路交錯輸出配置中，通過焊接Link CB3將通道1和通道2的輸出短路在一起，負載負極可連接到J4（GND1）或J5（GND2），正極可連接到J3（+ VOUT1）或J6（+ VOUT2）。

2.2 使能和禁用DC - DC轉(zhuǎn)換器

HEADER3 EN1用于控制通道1，可通過將中間引腳短接到VIN +（開啟位置）或施加2.0V至5.5V的直流電壓來啟用通道1；將中間引腳短接到GND（關(guān)閉位置）或施加低于0.8V的正直流電壓來禁用通道1。HEADER3 EN2用于控制通道2，操作方法與通道1相同。在單路交錯輸出配置中，EN1和EN2信號在Circuit Breaker CB1處連接在一起，可使用HEADER3 EN1或EN2同時啟用和禁用通道1和通道2。

2.3 輸入和輸出電壓測量

測量輸入電壓 (V{IN}) 時，將電壓表負極探針連接到評估板的T2（GND）端子，正極探針連接到T1（VIN +）。測量通道1的輸出電壓 (V{OUT1}) 時，將負極探針連接到T4（GND1），正極探針連接到T3；測量通道2的輸出電壓 (V{OUT2}) 時，將負極探針連接到T5（GND2），正極探針連接到T6。在單路交錯輸出配置中，測量輸出電壓 (V{OUT}) 時，將負極探針連接到T7（GND），正極探針可連接到T3或T6。

2.4 外部同步

要將DC - DC轉(zhuǎn)換器同步到外部時鐘信號，需將HEADER3 SCFG的中間引腳短接到GND，將ADP2114的（SYNC/CLKOUT）引腳配置為輸入。然后將外部時鐘信號施加到測試點TP1 SYNC/CLKOUT，時鐘信號的邏輯高電平范圍為2.0V至輸入電源電壓 (V{IN}) ，邏輯低電平低于0.8V，外部時鐘脈沖寬度應(yīng)大于100ns，頻率 (f{SYNC}) 等于目標(biāo)PWM開關(guān)頻率 (f{SW}) 的兩倍。對于ADP2114 - EVALZ板，外部時鐘頻率 (f{SYNC}) 應(yīng)在800kHz至2MHz范圍內(nèi)；對于ADP2114 - 2PH - EVALZ板， (f_{SYNC}) 應(yīng)在1.6MHz至4MHz范圍內(nèi)。

2.5 內(nèi)部時鐘輸出

將HEADER3 SCFG的中間引腳短接到VIN +，可使ADP2114的內(nèi)部時鐘在測試點TP1（SYNC/CLKOUT）可用。內(nèi)部時鐘頻率 (f{CLKOUT}) 是轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率 (f{sw}) 的兩倍，且相位偏移90°。

2.6 PGOOD1和PGOOD2信號

當(dāng)通道1啟用且輸出電壓 (V{OUT1}) 在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時，測試點PGOOD1的邏輯信號為高；當(dāng)通道2啟用且輸出電壓 (V{OUT2}) 在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時，測試點PGOOD2的邏輯信號也為高。在單路雙相交錯輸出配置中，PGOOD1和PGOOD2信號在Circuit Breaker CB2處連接在一起，可使用測試點PGOOD1或PGOOD2監(jiān)測轉(zhuǎn)換器輸出電壓 (V_{OUT}) 是否在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

3. 評估DC - DC轉(zhuǎn)換器性能

3.1 開關(guān)波形觀察

使用示波器觀察開關(guān)波形時，將探頭尖端放在與ADP2114的SWx引腳相連的電感L1（通道2為L2）末端，探頭接地連接到GND。

3.2 輸出電壓紋波觀察

觀察輸出電壓紋波時，將示波器探頭尖端放在轉(zhuǎn)換器輸出端（通道1為T3，通道2為T6），探頭接地引線連接到T7（GND），示波器輸入應(yīng)設(shè)置為交流耦合。

3.3 效率測量

效率 (η) 通過比較轉(zhuǎn)換器的測量輸入功率和測量輸出功率來計算，公式為 (η=frac{V{OUT} × I{OUT}}{V{IN} × I{IN}}) 。

3.4 線路調(diào)節(jié)測量

通過改變輸入電壓并測量輸出電壓的變化來測量線路調(diào)節(jié)。

3.5 負載調(diào)節(jié)測量

通過增加輸出負載電流并測量輸出電壓的變化來測量負載調(diào)節(jié)。

3.6 線路瞬態(tài)響應(yīng)觀察

生成階躍輸入電壓（ (V{IN}) ）變化，使用示波器觀察輸出電壓（通道1為 (V{OUT1}) ，通道2為 (V_{OUT2}) ）的行為。

3.7 負載瞬態(tài)響應(yīng)觀察

在輸出端（通道1為 (V{OUT1}) ，通道2為 (V{OUT2}) ）生成負載電流瞬變，使用示波器觀察輸出電壓響應(yīng)，可使用電流探頭連接在輸出和負載之間的導(dǎo)線上來可視化電流瞬變。

4. 修改評估板配置

4.1 更改操作模式設(shè)置

通過更換配置電阻R14的值，可以改變ADP2114 DC - DC轉(zhuǎn)換器的操作模式。不同的R14值會設(shè)置每個通道的電流限制，并啟用或禁用輕載時向脈沖跳過模式的轉(zhuǎn)換。

4.2 更改輸出電壓

通過更換電阻R15、R16、R17和R18的值，可以更改轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定點。當(dāng)使用ADP2114的可調(diào)輸出電壓版本時，輸出電壓 (V{OUT1}) 由電阻分壓器R5/R6設(shè)置， (V{OUT2}) 由電阻分壓器R11/R12設(shè)置。計算所需電阻值時，首先要確保分壓器電流 (I_{STRING}) 大于20μA，然后根據(jù)公式計算底部和頂部電阻的值。同時，當(dāng)輸出電壓改變時，為確保穩(wěn)定運行，需要重新計算并更改電感和輸出電容以及補償組件的值。

4.3 更改開關(guān)頻率

通過更換電阻R19的值，可以更改開關(guān)頻率 (f_{SW}) 的設(shè)定點。當(dāng)開關(guān)頻率改變時，為確保穩(wěn)定運行，需要重新計算并更改電感、輸出電容和補償組件的值。

4.4 更改軟啟動時間

評估板上ADP2114的軟啟動時間編程為1ms。要更改軟啟動時間 (t{SS}) ，可根據(jù)公式 (C7[nF]=10 × t{SS}[ms]) （通道1）和 (C9[nF]=10 × t_{SS}[ms]) （通道2）更換電容C7（通道1）或C9（通道2）的值。

4.5 合并兩個通道為單輸出

對于單路交錯雙相輸出，需要進行以下修改：焊接CB3上的橋接短接輸出 + VOUT1和 + VOUT2；短接CB1連接EN1和EN2信號；短接CB2連接PGOOD1和PGOOD2信號；短接CB4連接FB1和FB2信號；短接CB5連接COMP1和COMP2信號；選擇R15 = R17和R16 = R18設(shè)置相同的輸出電壓；將R14設(shè)置為4.7kΩ選擇并設(shè)置操作模式為2A/2A、強制PWM配置。ADP2114 - 2PH - EVALZ版本已配置為交錯雙相單輸出，1.2V@4A，1.2MHz開關(guān)頻率和強制PWM模式。

5. 典型性能特性和Bode圖

文檔中提供了評估板在不同條件下的典型性能特性圖，包括效率與負載、線路調(diào)節(jié)、負載調(diào)節(jié)、開關(guān)波形、負載瞬態(tài)響應(yīng)和軟啟動等方面的曲線。同時，還給出了通道1和通道2的Bode圖，展示了幅度和相位隨頻率的變化，以及交叉頻率和相位裕度等信息。

6. 訂購信息

ADP2114評估板有兩個型號可供選擇：ADP2114 - EVALZ，雙輸出，3.3V@2A和1.8V@2A，600kHz開關(guān)頻率，啟用脈沖跳過模式；ADP2114 - 2PH - EVALZ，單輸出，雙相交錯，1.2V@4A，1.2MHz開關(guān)頻率，強制PWM模式。此外，文檔還提供了兩個版本評估板的物料清單，包括每個元件的數(shù)量、參考編號、描述、制造商和零件編號。

在使用評估板時，工程師們還需要注意ESD（靜電放電）問題，因為高能量ESD可能會對設(shè)備造成損壞。希望這篇文章能幫助電子工程師們更好地了解和使用ADP2114評估板，大家在實際應(yīng)用中遇到問題，不妨在評論區(qū)分享交流。