原创构建满足特定应用要求的DPS系统需要考虑的因素

 2022-11-8 01:36  582 7 7 分类: 模拟

图1.MAX32010示意图

图1显示ADI器件电源MAX32010的简化架构。开关FIMODE、FVMODE和FISLAVEMODE选择不同的模式，如FV（电压驱动）、FI（电流驱动）和FI从器件选择，而开关HIZF和HIZM分别选择MV（测量电压）和MI（测量电流）模式。与外部检测电阻相结合，RANGEMUX支持多个电流范围，RA(1.2A)、RB(20mA)、RC(2mA)和RD(200µA)。通过使用公式RSENSE=1V/IOUT更改检测电阻值，可设计自定义电流范围。借助CLEN开关以及ICLMP和VCLMPDAC，用户还可设置可编程电压和箝位电流。

本文先介绍设计系统中的器件电源IC时的两个重要考虑因素，范围变更毛刺和效率。然后，文章详细介绍构建满足特定应用要求的DPS系统的一些需要考虑的因素。

范围变更毛刺

图2.比较ADI和竞争产品之间的范围变更毛刺

我们来看第一个考虑因素，测量范围变更而引起的毛刺问题。当ATE执行DUT测试时，系统可能需要针对不同的测试来更改电流范围。IDDQ或静态电流测量通常需要最低的电流范围，用于测量较小的电流值。在移动至最低电流范围时出现的电压尖峰或毛刺不仅会影响测量，还有可能损坏DUT。无毛刺范围变更可保护DUT，并验证测试。使用270pF的负载电容进行测试时，ADI的DPS能够非常顺利地执行这一转换，没有任何毛刺，如图2所示。如果不使用负载电容(0pF)，将会在20µs范围内发生转换，斜坡速率为25mV/20µs。与竞争产品在转换时产生的毛刺相比，该转换产生的毛刺小得多。在数微秒的时间内，竞争对手DPS的毛刺为159mV。因此，ADI的DPS性能比竞争产品的范围变更性能高536%，而且不会对DUT造成任何损害。

器件电源效率

表1.器件电源效率竞争分析

在选择DPS IC时，器件电源效率是第二个重要的考虑因素，因为该因素直接影响系统的成本和可靠性。效率越高，节省的成本就越多，可靠性更强，通常系统寿命也更长。效率较低的DPS产生的热量更多；更多热量意味着更多损耗，系统中组件的故障率变得更高。

器件电源效率的计算公式是，效率=功率输出/功率输入。

如表1所示，与竞争对手DPS供应的电流(1A)相比，ADI的DPS以更高的效率(58.33%)供应更多电流(1.2A)。ADI的DPS效率比竞争产品2的DPS IC高11%，比竞争产品1的DPS IC高155%。

现在，我们来考虑构建DPS系统以满足特定应用要求时的一些方面。

如何满足DPS中的自定义负载电流要求

图3.使用检测电阻选择自定义负载电流

对于每个受测器件(DUT)，每个ATE都有自定义负载电流要求。MAX32010允许通过只更改1个检测电阻值来选择自定义范围。MAX32010中的RANGEMUX选择以下电流范围之一：RA(1.2A)、RB(20mA)、RC(2mA)或RD(200µA)。通过使用公式RSENSE=1V/IOUT，选择检测电阻值。例如，负载电流要求是5mA；5mA是自定义负载电流，属于范围B。要选择正确的RSENSE：RSENSE=RB=1V/5mA=200Ω。

如何提高输出电流

图4.配置并联DPS实现更高的输出电流

很多时候，DUT所需的电流可能高于单颗DPS芯片能够提供的电流。如图4所示，通过并联多个DPS器件，可实现超过1.2A的额外电流。两个器件均保持FI模式，从而使电流加倍。例如，将两个7V，1.2A器件并联能够实现7V，2.4A的输出电流。

图5.MAX32010的50%占空比脉冲测试输出

要提高DPS的输出驱动电流能力，另一个方法是脉冲输出。如果电流要求只持续很短的时间，则脉冲测试是可行选择，如图5所示。例如测试DUT的I-V特性。通过更改FI开启时间的占空比，可执行脉冲测试。在该测试中，DPS模式在50%的时间里设为FI模式，在另外50%的时间里设为“高阻抗”模式。根据DUT电流要求，占空比可能有所变化。我们在MAX32010IC上执行了该试验，结果如下所示：

最大输出电流=1.436A，占空比达50%

如何为DPS系统选择正确的散热器

要想获得可靠稳定的系统，必须正确选择散热器。以下示例显示了为MAX32010选择正确散热器的分步指南。

第1步：获取封装的相关尺寸。通过封装热分析有助于选择正确的散热器。了解用于散热的裸露焊盘所在区域十分重要。

第2步：获取PCB热性能，以计算θJA的边界条件。计算功耗，并考虑所有散热方式（传导、对流和辐射）。