利用ADI公司电源管理芯片设计控制器的电源

何工_工控 · 发表于 2023-10-12 09:16

利用ADI公司电源管理芯片设计控制器的电源 [复制链接]

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。

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）。

1. 12V转换为5V的电源管理芯片：ADP2302ARDZ-5.0

2. 5V稳压到3.3V的LDO: ADP3330ARTZ3.3-RL7

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。

ADP2302ARDZ-5.0 参数介绍：

- 电源管理芯片为 DC-DC, Buck 降压

- 宽电压输入范围为 3.0V - 20V

- 额定输出电流为 2A

- 开关频率为700KHz

- 固定输入为 5V

ADP2302ARDZ-5.0 引脚介绍：

- 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

- 第二个引脚为 VIN，电源输入引脚

- 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

- 第四个引脚为 PGOOD, power good 输出引脚，开漏输出

- 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

- 第六个引脚为 NC

- 第七个引脚为 GND, 电源负极

- 第八个引脚为 SW, 输出的SW节点，外部接输出电感。

- 第九个引脚为 EPAD，可以接到GND用来做散热

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

ADP3330ARTZ3.3-RL7 参数介绍：

- 高精度输出的稳压器LDO

- 电压输入范围为2.9V-12V

- 额定输出电流为200mA

- 低压差140mV@200mA
- 输出精度为 ±0.7%@+25°C，±1.4%@过温

ADP3330ARTZ3.3-RL7 引脚介绍：

- 第一个引脚为 OUT, 电源输出

- 第二个引脚为 IN, 芯片输入

- 第三个引脚为 ERR，芯片故障时输出低电压，开漏输出

- 第四个引脚为 GND

- 第五个引脚为 NR , 用作降低电源噪声

- 第六个引脚为 SD, 低电平关断电源输出

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

在12V电压降压到5V电路设计中需要注意的地方：

- 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

- 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）

- DC-DC电路Layout对于输出电压的纹波影响很大。

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）。

5V稳压到3.3V的电路设计为了多种模式

- 两路3.3V电压输出并联

- 两路3.3V电压相互切换输出

- 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

- 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

- 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

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。

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。

ADP2302的参考仿真电路如下

从仿真输出结果可以看到，3ms即可建立稳定的5V输出

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

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

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

ADP2302-Evaluation_Board_User_Guide.pdf (883.25 KB, 下载次数: 3)

何工_工控