MIC23156评估板：高效同步降压调节器的评测利器

在电子设计领域，电源管理芯片的性能和稳定性至关重要。今天，我们就来深入了解一下MIC23156评估板，它搭载了一款功能强大的1.5A、3MHz同步降压调节器，具备多种先进特性，能为我们的设计带来诸多便利。

文件下载：MIC23156-0YCS-EV.pdf

一、产品概述

MIC23156评估板让用户能够对一款高度集成的1.5A、3MHz同步降压调节器进行评估。这款调节器具有HyperLight Load®模式、电源良好（PGOOD）输出指示、可编程软启动以及通过 (I^{2} C) 进行输出电压缩放控制等特性。它在整个输出电流范围内都具有很高的效率，工作时静态电流仅为30µA。通过 (I^{2} C) 以10mV的步长动态改变输出电压，并保持高输出电压精度，使得MIC23156使用起来简单且用途广泛。它有16球、0.4mm间距、1.81mm × 1.71mm晶圆级芯片规模（WLCSP）和17引脚、2.8mm × 2.5mm (MLF) 两种封装形式。

二、使用要求

电源要求

评估板需要一个10W的单电源，电压可在2.7V至5.5V之间调节。

负载要求

负载可以是有源（电子负载）或无源（电阻），且必须能够耗散5W的功率。

测试设备

理想情况下，最好有一台示波器来观察电路波形，但这不是必需的。最简单的测试需要两个电压表来测量输入和输出电压。进行效率测量时，需要两个电压表和两个电流表，以防止测量误差。

动态电压缩放功能要求

若要使用动态电压缩放功能，则需要一个 (I^{2} C) 串行编程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle EV）、软件包/套件（可在线下载）和一台计算机。

三、使用注意事项

评估板没有输入反向保护，连接输入电源时要注意确保极性正确。相关的数据手册和支持文档可在Micrel的网站（www.micrel.com）上获取。

四、操作步骤

1. 连接外部电源

将外部电源连接到 (V{IN }) （J1）和GND（J2）端子。在电源输出禁用的情况下，将其电压设置为所需的输入测试电压（2.7V ≤ (V{IN}) ≤ 5.5V）。可在输入电源和 (V{IN }) （J1）端子之间放置一个电流表。要注意监测 (V{IN }) （J1）端子处的电源电压，因为电流表和/或电源引线电阻可能会降低提供给设备的电压。

2. 设置VSEL跳线

通过TP1跳线设置VSEL。在MLF封装中，将VSEL拉高到 (V_{CC}) ，或在YCS封装中拉高到 (VI^{2} C) ，可将默认输出电压设置为0.8V；将VSEL拉低到GND，则将默认输出电压设置为1.0V。

3. 连接负载

将负载连接到 (V{OUT }) （YML中的J6和YCS中的J3）和GND（YML中的J7和YCS中的J4）端子。负载可以是无源（电阻性）或有源（电子负载）。可在负载和输出端子之间放置一个电流表，并确保在 (V{OUT }) 端子处监测输出电压。评估板还配备了一个2引脚连接器（JP2），用于输出电压监测。

4. 启用MIC23156

通过TP2启用MIC23156。在YML封装中，将TP2跳线连接到 (VCC) ；在YCS封装中，连接到 (V_{IN }) 。若要禁用设备，将TP2跳线连接到GND。也可以通过向EN和GND端子施加第二个电源来启用和禁用EN引脚，但不要让该引脚浮空。

5. 监测电源良好信号（仅YML评估板）

使用电压表或示波器连接到PGOOD引脚，监测电源良好（PGOOD）功能。

6. 连接 (I^{2} C) 串行编程器板

将 (I^{2} C) 串行编程器板（MICUSB (I^{2} C) Dongle评估板）连接到MIC23156评估板的JP1。确保 (I^{2} C) 串行编程器板上的开关切换到 “ (I^{2} C) ” 而不是 “NOM” 。将 (I^{2} C) 板的9引脚连接器插入MIC23156评估板的JP1，并注意匹配GND引脚。然后使用USB到Mini - B USB类型的电缆将 (I^{2} C) 串行编程器板连接到笔记本电脑或台式机。

7. 打开并控制MIC23156

从Micrel网站的MIC23156产品页面下载软件包/套件，打开 (I^{2} C) 接口，并按以下步骤操作：

• 打开 (I^{2} C) 串行编程器接口并点击 “Test” ，窗口底部的状态栏应从某个值变为 “Target OK” 。
• 点击 “Registers” 选项卡，然后点击 “Read” 。如果输出电压调节高于PGOOD故障阈值，PGOOD状态框将自动勾选。如果UVLO框被勾选，说明输入电压过低；如果TSD框被勾选，说明内部管芯温度过高，设备进入热关断状态以防止损坏。
• 点击 “Offline Mode” 一次，将切换到直接编辑模式。在直接编辑模式下，在 (I^{2} C) 接口中进行的任何修改，如启用/禁用设备、设置长软启动或更改输出电压，都将在MIC23156评估板的 (V_{OUT }) 端子上立即生效。

需要注意的是，只要MIC23156评估板上的输入电源或使能引脚断电并重新上电，输出电压将自动恢复到其默认值。对于MIC23156 - 0YML和MIC23156 - 0YCS，默认输出电压分别为0.8V（VSEL为高）和1.0V（VSEL为低）。

五、评估板特性

软启动电容（C4）

MIC23156在SS引脚有一个标称820kΩ的电阻对电容充电，使输出具有可控的软启动特性。将C4设置为120pF时，启动时间约为230µs，启动时间可由公式 (T{SS}=820 × 10^{3} × ln (10) × C{SS}) 确定。软启动电容的作用是控制内部参考电压在其标称稳态值的0%至100%之间的上升时间。

电源良好（PGOOD）

YML评估板提供了一个测试点，用于监测电源良好（PGOOD）功能。这是一个开漏连接，板上有一个100kΩ的上拉电阻连接到输出电压。输出电压超过标称设定电压的90%约70µs后，PGOOD被拉高。只要 (V{OUT }) 在其标称输出电压的14%范围内调节，PGOOD信号将保持高电平。当 (V{OUT }) 调节低于阈值时，PGOOD信号将触发故障条件并拉低。

VSEL

可选择输出电压是节能系统设计中的一个良好特性。MIC23156能够在数百微秒内从高输出电压切换到低输出电压，反之亦然。当 (VSEL leq(0.3 ×VI^{2} C)) 时，默认输出电压为1.0V；当 (VSEL geq(0.7 ×VI^{2} C)) 时，为0.8V。可编程输出电压范围为0.7V至2.4V，可通过 (I^{2} C) 编程轻松更改。

HyperLight Load模式

MIC23156采用最小导通和关断时间专有控制环路（Micrel专利）。当输出电压低于调节阈值时，误差比较器开始一个开关周期，将PMOS导通并保持最小导通时间，从而提高输出电压。如果输出电压超过调节阈值，误差比较器将PMOS关断最小关断时间，直到输出降至阈值以下。NMOS作为理想整流器，在PMOS关断时导通。使用NMOS开关而不是二极管，可降低NMOS导通时开关器件上的电压降。PMOS和NMOS之间的同步开关组合使控制环路能够在轻载操作时以不连续模式工作。在不连续模式下，MIC23156以脉冲频率调制（PFM）方式调节输出。随着输出电流增加，关断时间减少，从而为输出提供更多能量。这种开关方案仅在需要时进行开关，提高了MIC23156在轻载电流时的效率。当负载电流增加时，MIC23156进入连续导通模式（CCM），并以3MHz为中心的频率进行开关。MIC23156进入连续导通模式时的负载可由公式 (LOAD >left(frac{left(V{IN }-V{OUT }right) × D}{2 L × f}right)) 近似计算。从 “开关频率与输出电流” 图中可以看出，当输出电流增加时，开关频率也会增加，直到MIC23156在约180mA时从HyperLight Load模式切换到PWM模式。输出电流超过180mA后，MIC23156以约3MHz的相对恒定频率进行开关。

六、物料清单

评估板的物料清单包含了各种电容、电感、电阻和芯片等元件，具体信息如下：	Item	Part Name	Manufacturer	Description	Qty.
C1, C5	06036D225KAT2A	AVX ( 2 )	2.2µF, 6.3V, X5R, 0603	2
GRM188R60J225KE19D	Murata ( 3 )
C1608X5R0J225KT	TDK ( 4 )
C2	06036D106MAT2A	AVX	10µF, 6.3V, X5R, 0603	1
GRM188R60J106ME47D	Murata
C1608X5R0J106M	TDK
C3	ECA - 1AHG221	Panasonic ( 5 )	Aluminum capacitor, 220µF, 10V, 20%, radial	1
C4	06035A121JAT2A	AVX	120pF, 50V, 0603	1
GRM1885C1H121JA01D	Murata
C1608C0G1H121JT	TDK
L1	CDRH4D28CLDNP - 1R0P	Sumida ( 6 )	1µH, 3.0A, 14mΩ, L5.1mm × W5.1mm × H3.0mm	1
LQH44PN1R0NJ0	Murata	1µH, 2.0A, 48mΩ, L4.0mm × W4.0mm × H1.1mm
R1, R2	CRCW06034K70FKEA	Vishay/Dale ( 7 )	4.7kΩ, 1%, 1/10W, 0603	2
R3	CRCW06031003FKEA	Vishay/Dale	100kΩ, 1%, 1/10W, 0603	1
R4	CRCW06030000Z0EA	Vishay/Dale	0Ω, 1/10W, 0603	1
R5	CRCW060310R0FKEA	Vishay/Dale	10Ω, 1%, 1/10W, 0603	1
U1	MIC23156 - 0YML	Micrel, Inc. ( 8 )	1.5A, 3MHz Synchronous Buck Regulator with HyperLight Load and (I^{2} C) Control for Dynamic Voltage Scaling	1

其中各制造商的网址分别为：AVX（www.avx.com）、Murata（www.murata.com）、TDK（www.tdk.com）、Panasonic（www.industrial.panasonic.com）、Sumida（www.sumida.com）、Vishay（www.vishay.com）、Micrel, Inc.（www.micrel.com）。

七、PCB布局建议

文档还提供了MLF封装和YCS封装的PCB布局建议，但具体内容未详细展开。在实际设计中，合理的PCB布局对于保证评估板的性能至关重要，大家可以根据实际情况进行参考和优化。

总之，MIC23156评估板为我们提供了一个全面评估这款高性能同步降压调节器的平台。通过对其特性、操作步骤和物料清单等方面的了解，我们可以更好地利用它来满足不同的设计需求。大家在使用过程中有没有遇到什么问题呢？或者对于评估板的性能有什么独特的见解，欢迎在评论区分享交流。