利用ADI公司电源管理芯片设计控制器的电源
<div class='showpostmsg'><p>在控制器设计中，经常面对的问题就是设计合适的供控制电路及控制芯片（MCU, DSP, FPGA, CPU等）工作的电源。由于ADI公司的电源管理芯片从性能和稳定性方面都很有优势，所以经常利用ADI公司的电源管理芯片设计电源。</p><p> </p>
<p>现在利用ADI公司的电源管理芯片将控制器输入的12V转换为5V（5V电压主要用在5V供电的电路中，比如CAN通讯电路) , 再将5V电压稳压到3.3V （3.3V电压主要用于单片机和其他3.3V的电路供电）。</p>
<p> </p>
<p>1. 12V转换为5V的电源管理芯片：ADP2302ARDZ-5.0</p>
<p>2. 5V稳压到3.3V的LDO: ADP3330ARTZ3.3-RL7</p>
<p> </p>
<p>话不多说，先上电路原理图和PCB的3D图，然后再增加芯片和电路分析。</p>
<p> </p>
<div style="text-align: center;"></div>
<p> </p>
<div style="text-align: center;"></div>
<p> </p>
<p>ADP2302ARDZ-5.0 参数介绍：</p>
<p>- 电源管理芯片为 DC-DC, Buck 降压</p>
<p>- 宽电压输入范围为 3.0V - 20V</p>
<p>- 额定输出电流为 2A</p>
<p>- 开关频率为700KHz</p>
<p>- 固定输入为 5V</p>
<p> </p>
<p>ADP2302ARDZ-5.0 引脚介绍：</p>
<p>- 第一个引脚为 BST，芯片内部上桥MOSFET的bootstrap供电。在BST和SW之间需要接一个boot电容，可以用0.1uF的MLCC</p>
<p>- 第二个引脚为 VIN，电源输入引脚</p>
<p>- 第三个引脚为 EN, 输出使能引脚，高电压输出使能，可以直接上拉至输入电压</p>
<p>- 第四个引脚为 PGOOD, power good 输出引脚，开漏输出</p>
<p>- 第五个引脚为 FB，输出反馈引脚，因为芯片是固定输出，所以这个引脚接到输出电容正极，并且这个反馈信号在layout时远离噪声</p>
<p>- 第六个引脚为 NC</p>
<p>- 第七个引脚为 GND, 电源负极</p>
<p>- 第八个引脚为 SW, 输出的SW节点，外部接输出电感。</p>
<p>- 第九个引脚为 EPAD，可以接到GND用来做散热</p>
<p> </p>
<p><img alt="3.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/130154ldk9q6dvusssts8z.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>从ADP2302ARDZ-5.0 功能原理图可以看出芯片内部的电路结构和每个引脚的功能</p>
<p> </p>
<p><img alt="4.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/130336zbv0qirk6rnnxcbn.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>ADP3330ARTZ3.3-RL7 参数介绍：</p>
<p>- 高精度输出的稳压器LDO</p>
<p>- 电压输入范围为2.9V-12V</p>
<p>- 额定输出电流为200mA</p>
<p>- 低压差140mV@200mA<br />
- 输出精度为 ±0.7%@+25°C，±1.4%@过温</p>
<p> </p>
<p>ADP3330ARTZ3.3-RL7 引脚介绍：</p>
<p>- 第一个引脚为 OUT, 电源输出</p>
<p>- 第二个引脚为 IN, 芯片输入</p>
<p>- 第三个引脚为 ERR，芯片故障时输出低电压，开漏输出</p>
<p>- 第四个引脚为 GND</p>
<p>- 第五个引脚为 NR , 用作降低电源噪声</p>
<p>- 第六个引脚为 SD, 低电平关断电源输出 </p>
<p> </p>
<p><img alt="5.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/131633tf0wufc0urln3wrs.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>从ADP3330ARTZ3.3-RL7 功能原理图可以看出芯片内部的电路结构和每个引脚的功能</p>
<p> </p>
<p><img alt="6.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/131808nr0ztzzt9z0rvzr8.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>在12V电压降压到5V电路设计中需要注意的地方：</p>
<p>- 续流二极管D1选用低正向压降、快速恢复的肖特基二极管，正向过流能力要满足电源输出要求</p>
<p>- 选用低 ESR电容， 预留的RC subber 电路是为了降低振铃（可不用，所以为预留）</p>
<p>- DC-DC电路Layout对于输出电压的纹波影响很大。</p>
<p> 输入电容要尽量靠近芯片，从而降低了电流环路。 boot电容和续流二极管尽量靠近芯片对应的引脚，续流二极管的地要尽量回到电容的地。反馈信号从电容处引出并且尽量不要靠近噪声源信号（BST, SW）。</p>
<p> </p>
<p><img alt="7.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/131952vadi1zdijrj4aakp.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>5V稳压到3.3V的电路设计为了多种模式</p>
<p>- 两路3.3V电压输出并联</p>
<p>- 两路3.3V电压相互切换输出</p>
<p>- 一路3.3V电压作为主输出，如果发生故障，则切换到另一路3.3V输出</p>
<p>- SDA 和 SDB 可以通过上拉电阻接到单片机的GPIO_Output，单片机控制是否关断此路输出</p>
<p>- ERRA 和 ERRB 可以串联个1K电阻接到单片机的GPIO_Input，单片机检测对应的芯片工作状态</p>
<p> </p>
<p><img alt="8.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/23/134541mt7o7yz00v0qyoqy.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>电源电路图中的输入/输出信号可以通过单片机检测和控制，单片机电路部分可以根据实际产品需求自行选择和实际。</p>
<p> </p>
<p>ADI公司提供了ADP2302的仿真模型，由于本次设计采用的ADP2302ARDZ-5.0是固定输出5V，所以不需要接反馈电阻去调整输出电压。</p>
<p>ADP2302的参考仿真电路如下</p>
<p> </p>
<p><img alt="9.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/25/091309zsm0zjugg19umuxh.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>从仿真输出结果可以看到，3ms即可建立稳定的5V输出</p>
<p> </p>
<p><img alt="10.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202309/25/091442od9ttcy93cadtini.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>ADI公司提供了评估板及设计参考指南，开关电源的性能好坏不仅取决于电路图设计，元器件选型，PCB layout也是非常关键。ADI 评估板的PCB layout 可以作为参考</p>
<p> </p>
<p><img alt="11.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202310/30/162724a9s6dittap8sz9ti.png.thumb.jpg" /></p>
<p> </p>
<p>在测量电压时，尽量减小测试引线的长度，这样可以降低因为测量导致的误差</p>
<p> </p>
<p><img alt="12.png" src="https://bbs.eeworld.com.cn/data/attachment/forum/202310/30/163539reikkusojkajyenx.png" /></p>
<p>ADP2302评估板的设计指南已上传，需要的话可以自行下载作为参考。里面有详细的参数计算和分析，EMC和效率的测量曲线</p>
<div></div>
<p> </p>
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<p>- 电源管理芯片为 DC-DC, Buck 降压</p>
<p>- 宽电压输入范围为 3.0V - 20V</p>
<p>- 额定输出电流为 2A</p>
<p>- 开关频率为700KHz</p>
<p>- 固定输入为 5V</p>
<p> </p>
<p>ADP2302ARDZ-5.0 引脚介绍：</p>
<p>- 第一个引脚为 BST，芯片内部上桥MOSFET的bootstrap供电。在BST和SW之间需要接一个boot电容，可以用0.1uF的MLCC</p>
<p>- 第二个引脚为 VIN，电源输入引脚</p>
<p>- 第三个引脚为 EN, 输出使能引脚，高电压输出使能，可以直接上拉至输入电压</p>
<p>- 第四个引脚为 PGOOD, power good 输出引脚，开漏输出</p>
<p>- 第五个引脚为 FB，输出反馈引脚，因为芯片是固定输出，所以这个引脚接到输出电容正极，并且这个反馈信号在layout时远离噪声</p>
<p>- 第六个引脚为 NC</p>
<p>- 第七个引脚为 GND, 电源负极</p>
<p>- 第八个引脚为 SW, 输出的SW节点，外部接输出电感。</p>
<p>- 第九个引脚为 EPAD，可以接到GND用来做散热</p>
<p> </p>
<p>从ADP2302ARDZ-5.0 功能原理图可以看出芯片内部的电路结构和每个引脚的功能</p>
<p> </p>
<p>ADP3330ARTZ3.3-RL7 参数介绍：</p>
<p>- 高精度输出的稳压器LDO</p>
<p>- 电压输入范围为2.9V-12V</p>
<p>- 额定输出电流为200mA</p>
<p>- 低压差140mV@200mA<br />
- 输出精度为 ±0.7%@+25°C，±1.4%@过温</p>
<p> </p>
<p>ADP3330ARTZ3.3-RL7 引脚介绍：</p>
<p>- 第一个引脚为 OUT, 电源输出</p>
<p>- 第二个引脚为 IN, 芯片输入</p>
<p>- 第三个引脚为 ERR，芯片故障时输出低电压，开漏输出</p>
<p>- 第四个引脚为 GND</p>
<p>- 第五个引脚为 NR , 用作降低电源噪声</p>
<p>- 第六个引脚为 SD, 低电平关断电源输出 </p>
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<p>从ADP3330ARTZ3.3-RL7 功能原理图可以看出芯片内部的电路结构和每个引脚的功能</p>
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<p>在12V电压降压到5V电路设计中需要注意的地方：</p>
<p>- 续流二极管D1选用低正向压降、快速恢复的肖特基二极管，正向过流能力要满足电源输出要求</p>
<p>- 选用低 ESR电容， 预留的RC subber 电路是为了降低振铃（可不用，所以为预留）</p>
<p>- DC-DC电路Layout对于输出电压的纹波影响很大。</p>
<p> 输入电容要尽量靠近芯片，从而降低了电流环路。 boot电容和续流二极管尽量靠近芯片对应的引脚，续流二极管的地要尽量回到电容的地。反馈信号从电容处引出并且尽量不要靠近噪声源信号（BST, SW）。</p>
本帖最后由 何工_工控 于 2023-9-23 13:45 编辑
<p>5V稳压到3.3V的电路设计为了多种模式</p>
<p>- 两路3.3V电压输出并联</p>
<p>- 两路3.3V电压相互切换输出</p>
<p>- 一路3.3V电压作为主输出，如果发生故障，则切换到另一路3.3V输出</p>
<p>- SDA 和 SDB 可以通过上拉电阻接到单片机的GPIO_Output，单片机控制是否关断此路输出</p>
<p>- ERRA 和 ERRB 可以串联个1K电阻接到单片机的GPIO_Input，单片机检测对应的芯片工作状态</p>
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<p>电源电路图中的输入/输出信号可以通过单片机检测和控制，单片机电路部分可以根据实际产品需求自行选择和实际。</p>
<p>ADI公司提供了ADP2302的仿真模型，由于本次设计采用的ADP2302ARDZ-5.0是固定输出5V，所以不需要接反馈电阻去调整输出电压。</p>
<p>ADP2302的参考仿真电路如下</p>
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<p>从仿真输出结果可以看到，3ms即可建立稳定的5V输出</p>
<p> </p>
<p>PCB设计的原始文件能分享吗</p>
<p>ADP2302的LTspice仿真文件在附件的压缩包里</p>
<p>ADI公司提供了评估板及设计参考指南，开关电源的性能好坏不仅取决于电路图设计，元器件选型，PCB layout也是非常关键。ADI 评估板的PCB layout 可以作为参考</p>
<p>在测量电压时，尽量减小测试引线的长度，这样可以降低因为测量导致的误差</p>
<p>ADP2302评估板的设计指南已上传，需要的话可以自行下载作为参考。里面有详细的参数计算和分析，EMC和效率的测量曲线</p>
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