Vishay SiC401、SiC402、SiC403同步降压调节器参考板使用指南

在电子设计领域，电源管理是一个关键环节。Vishay Siliconix的SiC401、SiC402和SiC403同步降压调节器为我们提供了高效、稳定的电源解决方案。今天，我们就来详细了解一下这三款调节器及其参考板的使用。

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产品概述

SiC401、SiC402和SiC403是高频电压模式恒定导通时间（CM - COT）同步降压调节器，集成了高端和低端功率MOSFET。它们的连续输出电流分别为15A（SiC401）、10A（SiC402）和6A（SiC403），输入电压范围有所不同，SiC401A/B为3V至17V，SiC402A/B和SiC403A/B为3V至28V，输出电压范围为0.6V至输入电压的0.75倍，工作频率在200kHz至1MHz之间，采用MLP55 - 32L封装。

这些调节器适用于多种应用，包括计算、消费电子、电信和工业领域，如低功耗处理器、网络处理器、DSP、FPGA和ASIC的负载点调节，以及5V、12V或24V轨的低压分布式电源架构等。

产品特性

输入输出特性

• 宽输入电压范围：不同型号适应不同的输入电压范围，能满足多种电源环境的需求。
• 可调输出电压：可调节输出电压低至0.6V，满足不同负载对电压的要求。
• 连续输出电流：分别提供6A、10A和15A的连续输出电流，能适应不同功率的负载。

性能特性

• 高频操作：工作频率可在200kHz至1MHz之间选择，灵活性高。
• 高效节能：峰值效率可达95%，并具备节能方案，提高轻载效率。
• 快速响应：CM - COT架构提供超快的瞬态响应，且在轻载时具有良好的纹波调节能力。
• 稳定性好：对任何类型的电容都能保持稳定，无需外部ESR网络。
• 高精度：输出电压设置精度为±1%。

保护特性

• 全面保护：具备过温保护（OTP）、短路保护（SCP）、欠压保护（UVP）和过压保护（OVP）等功能。
• P_GOOD指示：当FB或输出电压在设定电压的 - 10%至 + 20%范围内时，P_GOOD引脚输出高电平，指示输出正常。
• 宽温度范围：工作结温范围为 - 40°C至 + 125°C。

参考板使用说明

连接与信号测试点

参考板上有多个连接端口和测试点，用于连接电源、负载和进行电压测量。

• 电源插座：
  • (V_{IN})和GND（P1）：连接输入电压源，SiC401A/BCD的输入电压范围为3V至17V，SiC402A/BCD和SiC403A/BCD为3V至28V。
  • (V_{OUT})和GND（P3）：连接负载，SiC401A/BCD的最大输出电流为15A，SiC402A/BCD为10A，SiC403A/BCD为6A。
  • 5V和GND（P5）：连接外部5V电压源。
• 选择跳线：
  • P7：模式选择跳线，可选择省电模式或恒定PWM模式，还可通过将引脚2接地来禁用器件。
  • P8：UVLO选项跳线，用于启用或禁用欠压锁定（UVLO）功能。
  • P6：(V_{DD})选择跳线，可选择内部LDO或外部5V电源。
• 信号和测试引线：
  • (IN SENSE)和(GND IN_SENSE)（P2）：用于测量调节器输入电压，消除连接产生的损耗。
  • (VOUT SENSE)和(GND _{OUT }) SENSE（P4）：用于测量调节器输出电压，消除连接产生的损耗。
  • PGD（P9）：开漏输出引脚，通过10kΩ电阻上拉至(V_{IN})，用于指示输出是否正常。

上电过程

将P6跳线置于位置1，向(V_{IN})施加12V电压即可开启参考板。如果P7跳线就位，板子将进入省电模式；否则，将观察到恒定PWM模式。当输入电压高于12V时，建议在LX至GND之间安装一个RC缓冲器，参考板上有R9和C11的占位，可使用10Ω和1nF的元件作为起始值。

参考板调整

输出电压调整

如果需要不同的输出电压，可根据公式(R{12}=R{13} × frac{V{OUT }-V{FB}}{V{FB}})（其中(V{FB})为0.6V）来改变(R_{12})的值。

开关频率更改

开关频率与导通时间、(V{IN})、(V{OUT})和(R{ON})值有关，可通过公式(R{tON}=frac{k}{25 pF × F{SW}})计算(R{tON})的值，其中k的值根据(V{DD})和(V{IN})的大小确定。同时，(R{tON})的最大值为(R{tON MAX. }=frac{V_{IN min }}{15 mu A})。

元件选择

输出电容选择

选择输出电容时，需要考虑电压额定值、ESR、瞬态响应、PCB面积和成本等因素。不同类型的电容各有优缺点：

• 电解电容：ESR高，随时间会干涸，纹波电流额定值需仔细检查，瞬态响应慢，但电容值大且价格相对较低。
• 钽电容：可提供低ESR和高电容值，但损坏时表现不佳，瞬态响应也较慢。
• 陶瓷电容：ESR非常低，瞬态响应快，尺寸小，但电容值相对较低。因此，综合使用不同类型的电容是比较明智的选择。

电感选择

电感的选择取决于具体应用，可通过公式(tau{IND}=frac{L}{DCR})和(L=frac{left(V{IN }-V{OUT }right) × t{ON }}{I{OUT MAX } × k{2}})来确定电感值。除了电感值，DCR和饱和电流也是关键参数。DCR会导致I²R损耗，降低系统效率并产生热量；饱和电流必须高于最大输出电流加上纹波电流的一半。参考板上使用了Vishay IHLP系列电感，以满足成本和高效率的要求。

布局考虑

SiC40x系列产品具有兼容的封装，为设计者提供了可扩展的降压调节器解决方案。遵循以下布局建议，可在不改变电路板设计的情况下，仅通过微调元件值来适应不同的输出电流和电压：

1. 输入电容布局：将输入陶瓷电容靠近电压输入引脚放置，尽可能靠近设计规则允许的位置放置一个小的10nF / 100nF电容，以减少输入高频电流环路的大小，降低输入和LX节点的高频纹波噪声。
2. 被动元件布局：将设置和控制的无源器件逻辑地围绕IC放置，并在第二层为它们提供一个安静的接地平面。
3. 输出电容布局：使用陶瓷电容降低输出阻抗，将其尽可能靠近IC的(PGND)和输出电压节点放置，在最靠近IC和电感环路的位置放置一个小的10nF / 100nF陶瓷电容。
4. 电流环路布局：使LX、(V_{OUT})和IC GND之间的环路尽可能紧凑，以降低串联电阻，减小电流环路，提高输出电容的高频响应。
5. 高电流布局：当需要高电流时，使用高电流走线，可使用多层板并增加过孔，以降低输出阻抗。
6. 过孔使用：在涉及多层板时，使用多个过孔，以降低层间电阻和PCB网络的过孔电感。
7. 电压注入网络布局：如果需要电压注入网络，将其放置在靠近电感LX节点的位置。
8. PGND布局：如果要减小PCB电阻，可在内部层使用(PGND)，并根据需要增加过孔，但要注意过孔之间的路径。
9. AGND布局：为(AGND)使用一个安静的平面，放置在小信号无源器件下方，可根据需要放置在多层板上以散热，并在靠近输入GND处与(PGND)平面连接，连接宽度至少为1mm。
10. LX铜层布局：LX铜层也可使用多层板，并使用多个过孔。
11. 电感下方布局：在设计中移除电感下方的铜区域（所有层），以减少电感与GND走线之间的电感耦合，该区域下方不应放置其他电压平面。

总结

Vishay的SiC401、SiC402和SiC403同步降压调节器及其参考板为电子工程师提供了一个强大而灵活的电源解决方案。通过合理选择元件和优化布局，我们可以充分发挥这些调节器的性能，满足各种应用的需求。在实际设计中，你是否遇到过类似电源管理芯片的使用问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。