ADP5070：高性能双路DC - DC调节器的深度解析

在电子设计领域，DC - DC调节器是不可或缺的关键组件，它能够将输入电压转换为所需的输出电压，以满足各种电子设备的供电需求。今天，我们要深入探讨的是ADI公司的ADP5070，一款具有独立正负输出的高性能双路DC - DC调节器。

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一、ADP5070的特性亮点

1. 宽输入电压范围

ADP5070的输入电压范围为2.85 V至15 V，这使得它能够适应多种不同的电源环境，为广泛的应用提供了可能。无论是低电压的电池供电系统，还是较高电压的工业电源，ADP5070都能稳定工作。

2. 独立可编程输出

它可以生成独立调节的正输出 (V{POS}) 和负输出 (V{NEG})，并且输出电压可以通过电阻进行编程。正输出电压可调节至39 V，负输出电压可调节至 (V_{IN}-39 V)，满足了许多需要正负电源的应用场景，如双极性放大器、ADC、DAC和多路复用器等。

3. 灵活的工作模式

• 开关频率选择：ADP5070支持1.2 MHz/2.4 MHz的开关频率，并且可以通过引脚选择。此外，它还能与1.0 MHz至2.6 MHz的外部振荡器同步，方便在对噪声敏感的应用中进行滤波处理。
• 脉冲跳过模式（PSM）：在轻载运行时，调节器可以跳过脉冲以维持输出电压的稳定，从而提高了设备的效率。

4. 丰富的保护功能

• 欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于 (V{UVLO_FALLING}) 阈值时，两个调节器都会关闭；当输入电压上升到 (V{UVLO_RISING}) 阈值以上时，会启动软启动周期，调节器重新启用。
• 过流保护（OCP）：在过载或短路情况下，如果峰值电感电流在多个时钟周期内超过过流限制阈值，调节器将进入打嗝模式，停止开关操作，经过 (t_{HICCUP}) 后重新启动软启动周期，直到过流情况消除。
• 过压保护（OVP）：在FB1和FB2引脚分别对升压和反相调节器进行过压保护。当FB1引脚电压超过 (V{OV1}) 阈值时，SW1停止开关；当FB2引脚电压低于 (V{OV2}) 阈值（软启动期结束后启用）时，开关停止。
• 热关断（TSD）：当ADP5070的结温超过 (T{SHDN}) 时，热关断电路会关闭IC。当温度下降到 (T{SHDN}-T_{HYS}) 以下时，IC会重新启动，并对每个启用的通道进行软启动。

5. 灵活的启动序列

通过SEQ引脚可以实现三种不同的启用模式：手动启用模式、同时启用模式和顺序启用模式，满足不同系统的启动需求。

二、工作原理剖析

1. PWM模式

ADP5070的升压和反相调节器以内部振荡器设定的固定频率工作。在每个振荡器周期开始时，MOSFET开关导通，电感上施加正电压，电感电流增加，直到电流检测信号超过由误差放大器输出设定的峰值电感电流阈值，MOSFET开关关闭。在MOSFET关断期间，电感电流通过外部二极管下降，直到下一个振荡器时钟脉冲开始新的周期。通过调整峰值电感电流阈值来调节输出电压。

2. PSM模式

在轻载运行时，调节器可以跳过脉冲以维持输出电压的稳定，从而提高了设备的效率。

三、应用信息及组件选择

1. ADIsimPower设计工具

ADP5070得到了ADIsimPower设计工具集的支持。这个工具集可以根据特定的设计目标生成完整的电源设计，包括原理图、物料清单，并能在几分钟内计算出性能。它可以优化设计的成本、面积、效率和零件数量，同时考虑IC和所有实际外部组件的工作条件和限制。

2. 组件选择

• 反馈电阻：通过外部电阻分压器设置输出电压，为了减少反馈偏置电流对输出电压精度的影响，应确保分压器中的电流至少是 (I{FB1}) 或 (I{FB2}) 的10倍。
• 输出电容：较高的输出电容值可以降低输出电压纹波，提高负载瞬态响应。建议使用具有X5R或X7R电介质、电压额定值为25 V或50 V的陶瓷电容，以确保在必要的温度范围和直流偏置条件下的最小电容。同时，应选择具有较低等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）的电容，以最小化输出电压纹波。
• 输入电容：较高值的输入电容有助于降低输入电压纹波，改善瞬态响应。应将输入电容尽可能靠近PVINSYS、PVIN1和PVIN2引脚放置，建议使用低ESR电容，有效电容值至少为10 μF。
• VREG和VREF电容：在VREG和AGND之间需要一个1.0 μF的陶瓷电容（(C{VREG})），在VREF和AGND之间需要一个1.0 μF的陶瓷电容（(C{VREF})）。
• 软启动电阻：可以在SS引脚和AGND引脚之间连接一个电阻来增加软启动时间，软启动时间可以通过电阻在4 ms（268 kΩ）到32 ms（50 kΩ）之间设置。
• 二极管：建议为D1和D2使用具有低结电容的肖特基二极管，以提高效率并减少开关噪声。
• 电感选择：对于升压和反相调节器，电感值建议在1 μH至22 μH之间，以平衡小电感电流纹波和效率之间的权衡。同时，应确保峰值电感电流低于电感的额定饱和电流，最大额定均方根电流大于调节器的最大直流输入电流。

四、环路补偿

ADP5070使用外部组件来补偿调节器环路，以优化环路动态性能。建议使用ADIsimPower工具来计算补偿组件。升压和反相调节器在调节反馈环路中都会产生不希望的右半平面零点，因此需要补偿调节器，使交叉频率远低于右半平面零点的频率。

五、常见应用及布局考虑

1. 常见应用

ADP5070适用于多种应用，如双极性放大器、电荷耦合器件（CCD）偏置电源、光模块电源、RF功率放大器（PA）偏置等。文档中还列出了一些常见的组件选择，为典型的输入输出条件提供了现成的解决方案。

2. 布局考虑

布局对于开关调节器至关重要，尤其是对于高开关频率的调节器。为了实现高效率、良好的调节性能、稳定性和低噪声，需要设计良好的PCB布局。具体的布局指南包括：

• 输入旁路电容应靠近PVIN1、PVIN2和PVINSYS引脚放置，每个引脚应单独连接到电容的焊盘，以减少电源输入之间的噪声耦合。
• 高电流路径应尽可能短，包括CIN1、L1、L2、D1、D2、COUT1、COUT2和PGND与ADP5070的连接。
• AGND和PGND应在电路板顶层分开，避免AGND受到开关噪声的污染。
• 高电流走线应尽可能短而宽，以减少寄生串联电感，从而减少尖峰和电磁干扰（EMI）。
• 避免在连接到SW1和SW2引脚的任何节点或电感L1和L2附近布线高阻抗走线，以防止辐射开关噪声注入。
• 反馈电阻应尽可能靠近FB1和FB2引脚放置，以防止高频开关噪声注入。

六、总结

ADP5070是一款功能强大、性能优越的双路DC - DC调节器，具有宽输入电压范围、独立可编程输出、灵活的工作模式、丰富的保护功能和灵活的启动序列等优点。在选择组件和进行布局设计时，需要充分考虑其特性和要求，以确保其在实际应用中能够稳定、高效地工作。大家在使用ADP5070进行设计时，不妨多参考ADIsimPower工具，它能为我们的设计带来很多便利。同时，对于布局设计，一定要严格遵循布局指南，这样才能充分发挥ADP5070的性能。你在使用类似的DC - DC调节器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。