茂睿芯MK9816測(cè)評(píng)：高效隔離降壓DC-DC，賦能BMS與工業(yè)隔離供電

星球測(cè)評(píng) 03-25 09:30 222 閱讀 4 贊 5 收藏 0 評(píng)論

一、引言

MK9816是一款寬輸入電壓范圍（7V-100V）的同步降壓（Buck）和隔離降壓（ISO-Buck）DC-DC轉(zhuǎn)換器，為高可靠性隔離電源場(chǎng)景提供解決方案。其核心特性包括：

寬輸入電壓與高效同步整流：支持7V-100V輸入范圍，集成同步MOSFET，高效率，適用于輸入波動(dòng)較大的工業(yè)環(huán)境。

多重保護(hù)機(jī)制：內(nèi)置輸入欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)壓/欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及熱關(guān)斷功能，確保系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的穩(wěn)定性和安全性。

適用低功耗應(yīng)用場(chǎng)景：集成30mA LDO，支持寬輸入電壓，EN拉低時(shí)可提供穩(wěn)定待機(jī)電源，適合為MCU或低功耗器件供電，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低待機(jī)功耗。

電池管理系統(tǒng)（BMS）供電場(chǎng)景：通過(guò)原級(jí)和次級(jí)隔離輸出，實(shí)現(xiàn)電池組間的安全隔離供電，避免電位差干擾，適用于電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等對(duì)電氣隔離和安全性要求嚴(yán)苛的BMS場(chǎng)景。

通信設(shè)備隔離供電場(chǎng)景：提供穩(wěn)定的隔離電源，滿足工業(yè)通信、RS-485/CAN總線等接口的隔離供電需求，抑制地線噪聲和電壓浪涌，保障信號(hào)傳輸可靠性。

本文通過(guò)實(shí)測(cè)DEMO板性能，驗(yàn)證MK9816在效率、穩(wěn)定性、溫度控制及保護(hù)功能等方面的表現(xiàn)，為工程設(shè)計(jì)提供參考，同時(shí)開(kāi)源DEMO全部文檔資料（詳細(xì)的PCB、原理圖、BOM清單等），拿來(lái)即用。

二、DEMO介紹

1.實(shí)物圖

基于茂睿芯MK9816的DEMO

DEMO板尺寸：60mm × 60mm

包含芯片：主控芯片MK9816（ESOP8封裝），次級(jí)LDO穩(wěn)壓芯片MK740A（與主控芯片無(wú)電路關(guān)聯(lián)，也可使用其它穩(wěn)壓芯片）

隔離變壓器：47μH，原級(jí)與次級(jí)匝比1:1

2.公布參數(shù)

根據(jù)MK9816應(yīng)用指導(dǎo)書(shū)中的內(nèi)容，以下是DEMO板參數(shù)：

寬輸入電壓范圍：20V~100V（支持7V-100V）。
高效率同步整流：MK9816內(nèi)置同步整流，BOM極簡(jiǎn)，降低成本，提升效率
DEMO板一共四路輸出：次級(jí)隔離輸出一路，輸出電壓9.5V，最大電流600mA。原級(jí)非隔離輸出一路，輸出電壓9.5V，最大電流600mA。內(nèi)置LDO輸出一路，電壓6.5V-8.5V，最大30mA。次級(jí)LDO穩(wěn)壓輸出一路，電壓3.3V，最大150mA。
多重保護(hù)機(jī)制：內(nèi)置多種保護(hù)功能，支持輸入欠壓鎖定（UVLO）、輸出過(guò)壓/欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及熱關(guān)斷等功能。

3.原理圖

三、DEMO實(shí)測(cè)

1.效率測(cè)試

| 測(cè)試條件

輸入電壓分別為30V、40V、50V、60V，輸出原級(jí)10.3V/次級(jí)9.96V，負(fù)載電流0.1A-0.6A。

| 測(cè)試結(jié)果

30V輸入：原級(jí)和次級(jí)效率范圍：77.29%-90.1%，72.79%-81.95%

40V輸入：原級(jí)和次級(jí)效率范圍：72.51%-88.9%，69.38%-81.9%

50V輸入：原級(jí)和次級(jí)效率范圍：74.35%-87.38%，68.61%-80.83%

60V輸入：原級(jí)和次級(jí)效率范圍：66.26%-86.21%，62.73%-80.18%

| 測(cè)試結(jié)論

MK9816采用“一拖二”的降壓輸出架構(gòu)，能夠在原級(jí)無(wú)需額外降壓器件的情況下，同時(shí)提供一路非隔離降壓和一路隔離降壓輸出。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，原級(jí)效率普遍高于次級(jí)效率，最高效率達(dá)到90.1%。這種設(shè)計(jì)非常適合小功率隔離電源的應(yīng)用場(chǎng)景，能夠有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并降低成本。

2.穩(wěn)定性測(cè)試

| 測(cè)試條件

輸入電壓30V /60V，負(fù)載電流從0A切換至0.6A隨機(jī)，觀察輸出電壓波動(dòng)。

| 測(cè)試結(jié)果

次級(jí)輸出電壓（輸入電壓30V）：

波動(dòng)比例約為 8.07%，最低電壓：9.2299V，最高電壓：10.0056V

次級(jí)輸出電壓（輸入電壓60V）：

波動(dòng)比例約為 6.40%，最低電壓：9.4214V，最高電壓：10.0444V

原級(jí)輸出電壓（輸入電壓30V）：

波動(dòng)比例約為 0.23%，最低電壓：10.3466V，最高電壓：10.3708V

原級(jí)輸出電壓（輸入電壓60V）：

波動(dòng)比例約為 0.25%，最低電壓：10.3480V，最高電壓：10.3737V

| 測(cè)試結(jié)論

MK9816在負(fù)載突變時(shí)，原級(jí)輸出電壓的波動(dòng)極小，適合對(duì)電壓精度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。次級(jí)輸出電壓波動(dòng)相對(duì)較大，這是由于次級(jí)采用隔離輸出且沒(méi)有反饋控制電路，屬于開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致其在負(fù)載變化時(shí)響應(yīng)較為敏感。適合一般隔離電源應(yīng)用。對(duì)于次級(jí)輸出的波動(dòng)，可以通過(guò)提高次級(jí)電壓使用線性穩(wěn)壓器的方式穩(wěn)定輸出電壓。

3.溫度測(cè)試

| 測(cè)試條件

輸入60V，輸出10.3V/0.6A，持續(xù)運(yùn)行30分鐘，記錄芯片、PCB散熱銅箔、變壓器溫度。

| 測(cè)試結(jié)果

核心器件溫度全部低于45℃。

| 測(cè)試結(jié)論

在輸入60V、輸出10.3V/0.6A的滿載條件下，MK9816持續(xù)運(yùn)行30分鐘后，核心器件溫度均低于45℃，表明其溫升控制良好，散熱性能優(yōu)異。這種低溫升特性使得MK9816適合長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)載工作，尤其適用于對(duì)溫度敏感或散熱條件有限的應(yīng)用場(chǎng)景。

4.短路保護(hù)

| 測(cè)試條件

輸入DC 30V模擬原級(jí)和次級(jí)輸出短路，記錄短路保護(hù)輸入電流，短路解除后是否恢復(fù)正常輸出。

| 測(cè)試結(jié)果

原級(jí)短路后迅速保護(hù)，輸入電流小于0.015A。次級(jí)短路后保護(hù)明顯變慢，輸入電流較大，大于0.15A，變壓器出現(xiàn)呲呲聲。原級(jí)和次級(jí)短路解除后都恢復(fù)了正常輸出，沒(méi)有器件損壞。

| 測(cè)試結(jié)論

MK9816在原級(jí)和次級(jí)輸出短路時(shí)均能觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，但保護(hù)響應(yīng)速度有所不同。原級(jí)短路后保護(hù)迅速，輸入電流極低（小于0.015A），表現(xiàn)出良好的短路保護(hù)性能；次級(jí)短路后保護(hù)響應(yīng)較慢，輸入電流較大（大于0.15A），且變壓器出現(xiàn)異常聲音，可能是由于次級(jí)開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)導(dǎo)致保護(hù)機(jī)制相對(duì)較弱。短路解除后，原級(jí)和次級(jí)均能恢復(fù)正常輸出，未發(fā)生器件損壞。總體來(lái)看，MK9816的短路保護(hù)功能能夠有效防止器件損壞，但在次級(jí)短路時(shí)不能長(zhǎng)時(shí)間短路，輸入電流較大可能出現(xiàn)溫度過(guò)熱。

5.輸出紋波

| 測(cè)試條件

輸入60V，原級(jí)輸出空載/滿載（0.6A），次級(jí)輸出空載/滿載（0.6A）。

| 測(cè)試結(jié)果：

原級(jí)空載紋波94mV（峰峰值），滿載紋波174mV（峰峰值）；

次級(jí)空載紋波104mV（峰峰值），滿載紋波122mV（峰峰值）。

| 測(cè)試結(jié)論

MK9816在輸入60V條件下，原級(jí)和次級(jí)輸出的紋波均處于較低水平，表現(xiàn)出良好的負(fù)載適應(yīng)性和穩(wěn)定性。原級(jí)紋波在滿載時(shí)略有增加，但仍符合一般應(yīng)用要求；次級(jí)紋波變化較小，適合對(duì)噪聲敏感的場(chǎng)景。總體來(lái)看，MK9816的輸出紋波性能能夠滿足大多數(shù)小功率隔離電源的應(yīng)用需求。如果在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)化有望進(jìn)一步降低輸出紋波。

6.芯片內(nèi)部LDO測(cè)試

| 測(cè)試條件

輸入電壓DC-50V，測(cè)試MK9816在EN引腳拉低和拉高時(shí)，內(nèi)部LDO輸出電壓和負(fù)載30MA情況，記錄輸出電壓。

| 測(cè)試結(jié)果

EN引腳拉低，空載輸出電壓8.85V，負(fù)載30MA，輸出電壓6.94V，EN引腳拉高，空載輸出電壓10.1V，負(fù)載輸出電壓9.98V。

EN拉低，空載

EN拉低，負(fù)載

EN拉高，空載

EN拉高，負(fù)載

| 測(cè)試結(jié)論

MK9816內(nèi)置LDO在EN拉低時(shí)表現(xiàn)穩(wěn)定，適合為系統(tǒng)MCU或低功耗器件提供待機(jī)電源，滿足低功耗應(yīng)用需求；而在EN拉高時(shí)，雖然LDO仍能工作，但文檔建議此時(shí)不建議使用LDO為系統(tǒng)供電，以避免觸發(fā)過(guò)溫保護(hù)。總體來(lái)看，內(nèi)置LDO在低功耗待機(jī)場(chǎng)景中具有較高的實(shí)用性，LDO集成在芯片內(nèi)部，無(wú)需外部額外元件，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，節(jié)省了PCB空間。

7.次級(jí)LDO-MK740A輸出

| 測(cè)試條件

輸入電壓DC-50V，測(cè)試次級(jí)LDO在EN引腳拉低和拉高時(shí)，空載輸出電壓與負(fù)載150ma輸出電壓。

| 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)次級(jí)LDO使能拉低時(shí)輸出關(guān)閉，只有使能拉高時(shí)才會(huì)輸出。空載輸出電壓3.26V，負(fù)載150ma輸出電壓3.27V。