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AP5165B实测手记:3-36V宽压1A恒流,外围五个件,采样电阻我并了两个0.2Ω

菜鸟
2026-11-11 10:21:43     打赏
为什么最后落到这颗料

这次不是接活,是自己折腾。手上一直缺一块能覆盖 3V 到 36V 输入的恒流小板,平时接个 12V 的灯条、24V 的射灯、或者拿锂电池串直接推一颗大功率灯珠,都想要同一块板子能顶。目标定得很低:先搞清楚两件事,一是这类连续电流模式的降压恒流在实际板子上效率能到多少,二是它到底恒不恒流,输入电压往下拉到什么程度才开始掉电流。

选料的范围就框在 3-36V 宽压非隔离降压恒流这一档,最大输出电流 1A 够用。非隔离是前提,我这块板子不碰市电,隔离没必要,多一个变压器反而把成本和体积都做上去了。

对比过程我没留文档,凭印象说几句。同类的宽压 1A 恒流我看过几家,最后选 AP5165B(深圳市世微半导体)的理由很土:引脚只有五个,SW、GND、PWM、ISENSE、VIN,外围理论上就是电感、续流管、采样电阻、输入电容这么几件;调光和开关共用 PWM 一个脚,不用额外占 IO;封装是 SOT89-5,我个人偏好这个封装,烙铁手焊比 SOT23 舒服多了,中间那块大焊盘直接连着地,覆铜一铺散热有着落,贴片机也不挑。

有几个标称值先摆出来,后面实测都拿它对照:输入 3-36V,最大输出电流 1A,效率标称最高 96%,最大开关频率 1MHz,输出电流精度 ±5%,采样电压 VSENSE 在 95-105mV 之间(typ 100mV),采样电压迟滞 ±15%,功率开关导通电阻 RSW typ 0.4Ω,最小开通和关断时间各 200ns,智能过热调节从 135℃ 起、温度衰减系数 -2.2mV/℃。极限值那边 VIN 和 SW 是 40V,PWM 脚 6V,工作环境 -40~125℃。

先把电流定下来:0.1/Rcs 那点事

电流设定就一个公式:Iout = 0.1V / Rcs。资料里给的三套典型外围,通用示意那套是 RS 0.13R,两套 1A 的应用电路都是 RS 0.1R。

我要的是 1A,0.1 / 1 = 0.1Ω。我直接并了两个 0.2Ω,等效 0.1Ω。这么做还有个附带好处:CS 电阻上的功耗。采样电压 typ 100mV,实测电流 1.054A 的时候,这颗电阻上耗散 0.1V × 1.054A ≈ 0.105W,两个 0.2Ω 分摊下来单颗只有 0.05W 出头,随便什么封装都扛得住。100mV 的采样电压不算低,这也是这类芯片的通病,采样电阻上永远有零点几瓦的固定损耗,效率想冲 96% 就得算清这一笔。

电感、续流管、电容怎么凑的

资料里那套 TON / TOFF 的公式我没打算硬算,因为它缺参数:电感的 DCR、续流管的 Vdiode、我想控制的纹波电流 ΔI,这三个手册摘要里都没给具体数。我的做法是反过来,先定一个能接受的开关频率区间,再选电感。

公式里 TON = L·ΔI / [VIN - VLED - IOUT·(RDS(ON) + DCR_L + RSENSE)],TOFF = L·ΔI / (VLED + Vdiode + IOUT·DCR_L),fSW = 1/(TON+TOFF)。L 越小,同样的 ΔI 下 TON 和 TOFF 都变短,频率往上跑。我最后用了 22uH,续流管我用的是肖特基 SS310

续流管的平均电流可以用资料给的公式估:Iavg_diode = IOUT · TOFF / (TON + TOFF),也就是 IOUT × (1 - D)。忽略损耗,D 约等于 Vout / VIN。我在 15V 输入、电子负载拉到 2.988V 时,D 约 0.2,续流管平均电流大约 1.054 × 0.8 ≈ 0.84A;换成 8.989V 那档,D 约 0.6,续流管只承担大约 1.032 × 0.4 ≈ 0.41A。这两个是我按公式算的估算值,不是实测,实测要用探针夹在管子上才算数。有意思的是低压输出那一档续流管反而更累,选管的时候按最坏情况(输出最低、占空比最小)来算比较稳。

输入电容我放了 22uF,跟官方通用示意那套一致。官方两套 1A 的应用电路给的是 100uF,我为了省成本和体积没跟。输出电容我不放,LED 是恒流负载,本来也不需要靠输出电容稳压,省一个件。VIN 脚对地我并了一个 1uF 的旁路电容,资料里明确写了这颗要紧贴芯片布局,我照做了。

CS 电阻放灯串前面还是后面,我选了后面

官方给了两套 1A 的参考,差别就在 CS 电阻的位置。一套是 12Vin / 3 LED / 1A,CS 放在灯串前端,RS 0.1R,CIN 100uF,D1 SS210;另一套是 24Vin / 6 LED / 1A,CS 放在灯串后端,元件一样,另外多了一颗 C2 1uF。

放前端的好处是采样电阻上的电压是相对 VIN 的高端检测,灯串一端直接接地,灯具外壳、灯板地和输入地之间的关系简单,做整机的时候少一层麻烦。放后端,采样点靠近灯串负极,等于把负载电流的回路收在芯片这一侧,采样走线更容易做短,受大电流地弹的影响小一点,代价是灯串那一端不接地,做安规或者外壳接触的时候要留神。

我这次用的是电子负载不是灯串,没有接地和安规的顾虑,就选了 CS 放后端这一路,纯粹因为走线短、好画。做整灯的朋友我建议按前端那套走,别学我。

上电实测:电子负载当灯串用

我没有真灯珠,这次是拿电子负载当负载,恒压模式设定目标电压,看芯片能不能把电流咬住。测试条件:输入 15V,输入电流记录为 0.2A

恒流精度

测试条件 目标 实测输出电压 实测输出电流 计算值 Iout=0.1/Rcs 偏差
VIN 15V,电子负载,室温【待补】 3V / 1A 2.988V 1.054A 1A(Rcs = 0.2Ω 并联 = 0.1Ω) +5.4%
VIN 15V,电子负载,室温【待补】 9V / 1A 8.989V 1.032A 1A +3.2%

两档都在 1A 附近,偏差 +5.4% 和 +3.2%,也就是我自己记的"预计 1A,实测多了几十毫安"。资料标称输出电流精度 ±5%,VSENSE 是 95-105mV。3V 那一档的 +5.4% 严格说已经压着 ±5% 的边出去一点点了。

我自己的判断:这个偏差不太可能是芯片单方面的锅。VSENSE 上限 105mV 对应 1.05A,和我 3V 档的 1.054A 几乎重合,看起来像是采样电压本身就落在了范围的上沿,而不是采样电阻或者走线的问题。我用的两个 0.2Ω 并联,实际阻值是【此处待补:万用表实测并联阻值】,如果是 1% 精度的电阻,两颗并联最坏也就偏 1%,凑不出 5%。另外输出电流是从 3V 到 9V 变了三倍,电流只从 1.054 掉到 1.032,说明负载调整率是好的,恒流这件事它做到了。这块我猜主要还是芯片个体和 VSENSE 的分布,还没验证,要验证得换两颗芯片对比一下。

最低输入电压

测试条件 输入电压 输出(电子负载恒压 3V) 是否恒流
输出 3V / 1A 档 4.5V 电流维持【此处待补:实测电流值】 能维持
输出 3V / 1A 档 4.4V 电流开始往下掉 掉电流

资料写的最低启动电压 typ 2V、max 5V,建议 VIN 工作在 3V 以上。但启动电压和维持恒流的电压是两码事。降压拓扑要维持恒流,输入必须高于负载电压加上一路的损耗:IOUT·(RDS(ON) + DCR_L + RSENSE)。按我实测的 1.054A 算,RDS(ON) typ 0.4Ω 上是 0.42V,RSENSE 上是 0.105V,光这两项就 0.52V,再加电感 DCR 和开关那一侧的余量。3V 输出到 4.4V 就不行了,中间只剩 1.4V 的窗口,看着像是损耗加上最小开通时间(200ns)在低压差下把占空比顶到极限了。

编辑

三个坑,按踩的顺序说

PWM 脚悬空,灯是亮的

现象:我把板子焊好,PWM 脚什么都没接,想着"没给信号应该就是关",结果上电负载就有电流。

排查:一开始怀疑芯片坏了或者脚位搞反了,对着 SOT89-5 的引脚顺序重新数了一遍,1 SW、2 GND、3 PWM、4 ISENSE、5 VIN,没数错。然后用表量 PWM 脚电压,是高电平。

根因:资料里写明白了,PWM 脚低于 0.8V 关,高于 2.5V 开,悬空默认高电平。这颗脚内部有上拉,悬空就是开灯。

解决:要么老老实实接一个下拉电阻,要么把 PWM 直接接到 VIN 上常开。我做实验的板子留了排针,插上跳线就是常开。这个设计其实挺合理,悬空默认开灯,用户拿到手不接调光也能亮,但对手上拿示波器探头乱戳的人就是个惊吓。

采样走线偷懒,读数会飘

这个前面电流偏差那节说过一半,这里补完整。现象是同一个负载条件下,重复上电的电流读数会有几十毫安量级的跳动,而且用手靠近板子的时候变化更明显。

排查:我先换了电子负载的线,没变化;把输入电容从 22uF 临时并了一颗上去,也没变化。最后把 ISENSE 那根走线沿着看了一遍,发现它是从 CS 电阻焊盘外侧的功率走线上引出来的,跟 SW 那一侧的大电流覆铜平行走了一段。

根因:采样点没有取在电阻焊盘端,取到了功率走线的压降;加上走线和大电流路径靠近,感应进来的干扰直接进了 100mV 量级的采样信号里,100mV 是很小的信号,几个毫伏的干扰就是百分之几的电流误差。

解决:按资料说的重新割线飞了两根,从 CS 电阻两个焊盘端单独取样,一根去 VIN、一根去 ISENSE,尽量短,不跟 SW 覆铜并排。改完之后读数稳了。这块板子我下一版会把 CS 电阻直接贴着芯片放。

输入电压往下拉,电流突然掉,不是芯片不启动

现象:输出 3V / 1A 那一档,输入从 15V 往下调,一路都稳稳的 1A 出头,调到 4.4V 的时候电流开始往下掉,再低就完全掉了。

排查:第一反应是碰到了启动电压下限,资料写 typ 2V、max 5V。但我从 4.4V 又往上抬回 5V、6V,电流立刻恢复,说明不是启动失败,是维持不住。

根因:这是压差不够。3V 的负载,1A 的电流,光 RDS(ON) 和采样电阻上就要吃掉 0.52V,再加电感 DCR 和最小开通时间 200ns 的限制,占空比顶到极限就调不上去了。4.5V 是它在我这套外围下能维持恒流的下限。

解决:这个不算 bug,是拓扑的物理边界。设计上要么给负载电压留足余量,要么就别用它做低压大电流。顺便提一句,我的电感只有 22uH,电感小、纹波大,峰值电流就高,低压差下更容易先进饱和或者先触发限流。

编辑

调光这块我还没做完

标称的能力先摆出来:PWM 调光信号振幅必须大于 2.5V,推荐 3.0-5V;推荐频率 100Hz-10kHz;低频(低于 500Hz)时占空比范围 0.01%-1%,低频调光比 1000:1;可以响应小于 50ns 的脉宽。PWM 脚的绝对极限是 6V。

有几个坑我提前写在这,等我测完再回来验证。第一,振幅。资料写得很硬,必须大于 2.5V。用 3.3V 的 MCU 直推是刚过线的,勉强能用;用 1.8V 逻辑就别想了,得加一级电平转换或者用一个 NPN 加下拉把摆幅拉到 5V。第二,PWM 脚极限只有 6V,用 5V 推没问题,别手贱接到 12V 上。第三,低频 1000:1 这个能力,落到实机上很容易看到抖动,尤其是低于 500Hz 又只给 0.01%-1% 这么窄的占空比窗口时,加上采样电压本身有 ±15% 的迟滞,我猜低亮度端会有台阶感,还没验证。第四,调光频率和芯片自身的开关频率会打架,如果 PWM 频率落在开关频率的某个分数关系上,肉眼可能看到呼吸,做产品的时候这两个频率要错开。

什么场景用它,什么场景别用

适合的场景很清楚。宽压输入的低压 LED,12V 到 36V 之间来回变的,比如车载、电池供电的灯、舞台灯的低压部分、信号灯、DMX512 那一类控制器带的负载。1A 以内的电流,对电流精度要求 ±5% 就够,需要一路 PWM 调光又不想多加引脚,板子空间紧张、BOM 想压到五个件左右。这些场景它很合适,外围简单,SOT89-5 好焊好贴,出问题也好查。

别用的场景也直说。需要隔离的一律不行,它是非隔离的,输入输出共地。电流要超过 1A 的不行,最大就是 1A。要做高精度调光、要求低亮度端平滑无台阶的场合我不建议,100mV 的采样电压加上 ±15% 的迟滞,低占空比下的表现我没测出结论,但心里没底。要求电流精度好于 ±5% 的也不行,我这板子上 3V 那一档就压着边出去了。还有散热,0.4Ω 的导通电阻在 1A 下光导通损耗就 0.44W,全靠 SOT89-5 中间那块焊盘往下导,覆铜给不够就等着热调节把电流压下来,灯会自己变暗。

下次做这块板子我会改两处。一是把电流探头的测量点和 SW 节点的测试点都留出来,这次频率、纹波、温升三项全是空的,等于一半的活没干完;二是电感换大,22uH 是我为了板子薄选的,纹波和峰值电流都吃了亏,最低输入电压那条曲线大概率也没跑出这颗芯片的真实水平,换 47uH 或者 68uH 重测一遍再下结论。

本文由作者实测整理,数据基于个人测试条件,仅供参考。





关键词: 电源管理     DC\DC     单片机    

院士
2026-11-11 11:17:10     打赏
2楼

学习了,谢谢楼主分享的实测记录、适用和不适用的提示。


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