【DigiKey免单狂欢】MIC2133YML实现12V转5V电源设计
前言
多相电源是指能同时提供m个频率相同而初相位不同的电压的电力设备。多相降压稳压器是一组并联的降压功率级器件，每一个都有自己的电感器和功率 MOSFET 组。这些元件合称为相位。这些相位并联在一起，共用输入和输出电容器。在稳定状态运行期间，各个相位在整个切换期间以等于 360°/n 的间隔激活，其中 n 是相位总数。
一、简介
本次参加Digikey和21世纪电源网活动，准备利用Microchip，MIC2133YML芯片和部分电感，设计降压5V电源。
MIC2133YML芯片是一款恒定导通时间的双相同步降压控制器，具有独特的自适应导通时间控制架构，并支持低负载工作和相位剔除功能。MIC2133 的输入电压范围为 8V 至 75V。输出电压可调至 0.6V，并在 FBS 引脚处保证 ±1% 的精度。该器件的每相开关频率可编程，范围为 100 kHz 至 1 MHz。
图 1 MIC2133封装尺寸示意图
MIC2133是一款双相同步降压DC/DC控制芯片。既可以通过引脚配置，达到多相BUCK控制，也可以通过PMBUS与外部MCU通讯实现控制目的。
图 2 MIC2133 PMBUS通讯示意图
二、电源需求及初步方案
表 1 电源参数表
| 参数 | 设置值 |
|---|---|
| 输入电压VIN | 12V±3% |
| 输出电压VIN | 5V±3% |
| 每相最大输出电流IMax | 10A |
| 相位数 | 2 |
本次电源设计方案，采用MIC2133控制两相BUCK电路实现12V转5V电源开发。
图 3 MIC2133外部引脚配置示意图
上图右边为主回路，左边主要为控制功能配置电路。主回路为大功率设计，采用两相交错BUCK电路。两相交错电路充分利用输入和输出电容能量，降低纹波，提高效率。
MIC2133控制利用引脚硬件配置，具体配置如下：
(1)恒导通时间控制（COT）配置
(2)纹波注入电路配置
(3)其他配置：频率配置，额定电流每相阈值电压阻值配置，轻载配置，等等
三、BUCK主电路计算
开发者需要熟悉BUCK电路工作原理。目标推导电感量L，输入电容CIN，输出电容COUT。
图 4 典型Buck电路示意图
两相交错Buck电路需要注意两路BUCK电流平衡，选择MOSFET除了注意开关频率，耐压，最大工作电流，还应尽量保持导通电阻一致，设计时需要注意LAYOUT电路对称。当然，MIC2133也包含电流检测与电流控制平均一致功能。
四、控制引脚配置
1.基本配置
1)开关频率配置
开关频率可以配置100 kHz 至 1 MHz，取中位数500kHz。
2)限流电流阻值配置
3)软启动配置
4)保护
MIC2133可实现OVP保护功能。
2.工作模式切换
BUCK电路两种工作模式：CCM/DCM，MIC2133能够自动切换。CCM用于正常电流工作；DCM用于轻载工作。
本文直接简化设计，通过PSH引脚下拉电阻接地。
3.切相配置
4.注入反馈电路
五、重要元器件列表
表 2 重要元器件清单表
| 名称 | 规格型号 | 数量 |
|---|---|---|
| 电感 | 74439369047 | 2 |
| 输入电容 | 330uF | 2 |
| 输出电容 | 50uF | 2 |
| MOSFET | SQJA84EP | 4 |
| 控制器 | Microchip，MIC2133YML | 1 |
六、测试
表 3 测试项目表格
| 测试项目 | 流程 | 指标 |
|---|---|---|
| 输出电压精度 | 平均值小于3% | Min：4.85V，Max：5.15V |
| 输出电压纹波 | 测量纹波波形，体会双相交错的意义 | |
| 空载/低载输出电压精度 | 平均值小于3% | Min：4.85V，Max：5.15V |
| 带载测试 | 负载为水泥电阻20W1Ω，测量电流值及温度 | 5A |
| 过流保护测试 | 负载切换短路模式 | 保护实现 |
七、总结
MIC2133YML芯片提供了双相同步降压降压方案，用于输出电压为0.6至48V的低压大电流应用。由于手头上正好有12V电源，为此设计一款12V转5V应用电源。
空载/轻载测试，占空比可以达到0%，实际效果很高。但是仍然建议开发板负载侧添加负载电阻，几百欧姆左右。主拓扑为BUCK，添加负载电阻用于起到假负载作用，保证输出稳定，便于输出电容放电保证安全。
带载测试，由于最大负载为20W的水泥电阻，无法满功率运行，只能测试能否正常工作。输出输入电容远大于基本需求，纹波梯度降低很多。实验过程中温升10℃。切换至短路模式为破坏性实验，没有立刻去做，后期建议将通过调节负载大小，达到保护电流去验证过流保护功能。
MIC2133YML实则为BUCK控制器。集成了MOSFET的驱动，PWM控制，过流过压故障保护，电流/电压采样反馈。由于作者时间匆忙，产品认知到此程度，希望指正，聊以慰藉。
本文所有器件均可在 digikey直接采购，以主控芯片为例。
MIC2133YML-TR Microchip
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