ADP5014的开关电源转换电路设计

ADP5014的开关电源转换电路设计

开关调节器中的快速开关瞬变是有利的，因为这显著降低了开关模式电源中的开关损耗。尤其是在高开关频率时，可以大幅提高开关调节器的效率。但是，快速开关转换也会带来一些负面影响。开关转换频率在20 MHz和200 MHz之间时，干扰会急剧增加。这就使得开关电源开发人员必须在高频率范围内，在高效率和低干扰之间找到良好的折衷方案。因此，ADI公司提出了创新的Silent Switcher技术，即使是极快的开关边沿，也可能产生最小的电磁辐射。

图1显示了快速和慢速开关转换。快速开关转换会使邻近电路段产生更强的干扰耦合。存在电压突变的pcb走线可与具有高阻抗的邻近走线产生容性耦合。存在电流突变的PCB走线可与邻近走线产生电感耦合。通过减慢开关转换，可将这些影响至最低。图2显示了一种经验证适用于异步开关调节器的技术。此处，两个开关中的一个使用了肖特基二极管。将电阻与自举电容 CBOOT（提供高侧n沟道MOSFET的栅极电压）串联，可减慢开关的开关转换。当无法直接调整功率MOSFET的栅极信号线时，此技巧可用于集成开关调节器。如果将开关控制器与外部MOSFET配合使用，也可将电阻插入栅极驱动走线中。电阻值通常小于100 Ω。

但是，大多数现代开关调节器都是具有高边和低边有源开关的同步开关调节器。此处，在 CBOOT路径中使用电阻无法明显减慢开关转换。如果此处还是使用与 CBOOT并串联的电阻（如图3所示），则也将减慢高边开关的开关转换。但是，这可能导致低边开关没有完全关闭。因此，高边开关和低边开关可能同时瞬间打开。这将导致输入电压到接地之间出现破坏性短路。这一点尤为关键，因为开关转换速度也受到工作温度等参数和半导体制造中的可变性因素的影响。因此，即使是在实验室测试，也无法保证安全操作。要减慢具有集成开关的同步开关调节器的开关转换，应使用同步开关调节器，它可通过内部电路直接设置开关转换速度。例如ADI公司的ADP5014。在这些集成电路中，可在内部确保：在减慢开关转换时，两个开关不同时导通，因此也不会发生短路，并且在CBOOT路径中都没有电阻。

关于快速开关转换，近年来有一个非常重要的创新不容忽视。ADI公司的Silent Switcher技术使快速开关边沿的电磁辐射大幅降低，高达40 dB（10,000倍）。因此，可开发出具有超快边沿且仅有最小EMC问题的开关电源。在大多数情况下，Silent Switcher器件无需为了减少EMI而降低开关转换速度。通过Silent Switcher技术，在很大程度上消除了在最大转换效率和最小电磁干扰之间进行权衡的难题。

ADP5014的优势和特点

输入电压范围：2.75V至6.0V

可编程输出电压范围：0.5V至0.9×PVINx

低输出噪声：~25μVrms（VOUT ≤ VREF时）

输出精度：±1.0%（整个温度范围内）

可调开关频率范围：500kHz至2.5MHz

功率调节

通道1和通道2：可编程2A/4A同步降压稳压器，或单通道8A输出（并联使用）

通道3和通道4：可编程1A/2A同步降压稳压器，或单通道4A输出（并联使用）

灵活的并行操作

精密使能，0.6V阈值

用于上电和关断时序的手动或序列模式

可选FPWM或PSM工作模式

精密欠压比较器

频率同步输入或输出

有源输出放电开关

可选通道通过工厂熔断器提供电源良好指示

UVLO、OVP、OCP和TSD保护

40引脚、6mm×6mm LFCSP封装

结温范围：-40°C至+125°C

ADP5014的产品详情和应用

ADP5014在一个40引脚LFCSP封装中集成四个高性能、低噪声降压稳压器。依赖其低输出噪声性能（~25μVrms，VOUT ≤ VREF时），低噪声降压稳压器可为噪声敏感型信号链产品上电。

ADP5014中的所有通道均集成高端和低端功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。通道1和通道2同时提供2A或4A的可编程输出电流。以并联配置方式组合通道1和通道2可提供高达8 A的单路输出电流。

通道3和通道4同时提供1A和2A的可编程输出电流。以并联配置方式组合通道3和通道4可提供高达4 A的单路输出电流。

ADP5014具有两种使能模式。手动模式具有四个独立精密使能引脚，可手动使能各调节器。或者，序列模式具有一个分组的精密使能信号，在各供电轨上集成可编程上电和关断延迟定时器，可满足特定的供电轨时序要求。
ADP5014的开关频率可编程或同步至500kHz至2.5MHz的外部时钟。

ADP5014提供其它主要特性，如可选强制脉冲宽度调制(FPWM)/省电模式(PSM)、欠压输出(UVO)、有源输出放电和电源良好指示。其它安全特性包括输入欠压闭锁(UVLO)、过压保护(OVP)、过流保护(OCP)和热关断(TSD)。

ADP5014的应用

RF收发器、高速模数转换器(ADC)/数模转换器(DAC)、混合信号ASIC

现场可编程门阵列(FPGA)和处理器应用

安防和监控

医疗应用

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文章来源自电路城以及ADI官网

审核编辑：汤梓红