深入剖析LM25037評(píng)估板：設(shè)計(jì)、性能與應(yīng)用指南

在電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)領(lǐng)域，評(píng)估板是工程師們快速驗(yàn)證和評(píng)估芯片性能的重要工具。今天，我們就來深入探討一下TI的LM25037評(píng)估板，看看它在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)如何。

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評(píng)估板概述

LM25037評(píng)估板是為設(shè)計(jì)工程師提供的一款基于推挽拓?fù)涞娜δ茈娫崔D(zhuǎn)換器，用于評(píng)估LM25037控制器。其主要性能參數(shù)如下：

• 輸入工作范圍：16 - 32V
• 輸出電壓：5.0V
• 輸出電流：0 - 10A
• 測(cè)量效率：在10A負(fù)載和24V輸入時(shí)為88%
• 工作頻率：250kHz
• 板尺寸：3.5x2.25x0.05英寸
• 負(fù)載調(diào)節(jié)率：2%
• 線路欠壓鎖定（UVLO）：14V上升 / 11V下降

工作原理

推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

推挽拓?fù)溆沙跫?jí)側(cè)的兩個(gè)MOSFET以180度異相驅(qū)動(dòng)。當(dāng)任一MOSFET導(dǎo)通時(shí)，“Vin - Vds(on)”的電壓會(huì)施加到電源變壓器初級(jí)的一半上（Vds(on)是MOSFET導(dǎo)通時(shí)的漏源電壓）。變壓器的中心抽頭次級(jí)每個(gè)繞組有2匝，實(shí)現(xiàn)了2:1的初級(jí)電壓降壓。變壓器次級(jí)電壓經(jīng)過整流和LC濾波后提供輸出電壓。

與單端拓?fù)涞谋容^

與正向轉(zhuǎn)換器等單端拓?fù)湎啾?，推挽拓?fù)渲谐跫?jí)MOSFET交替導(dǎo)通，使磁通量在B - H曲線的第一和第三象限來回?cái)[動(dòng)。這種雙象限的使用使得磁芯得到更好的利用，從而減小了磁芯體積。

反饋與控制

反饋電阻設(shè)置為在所需輸出電壓下，反饋引腳的電壓等于內(nèi)部參考電壓（1.25V）。LM25037采用電流模式控制，這種控制方式天生具有線電壓前饋、逐周期電流限制和易于環(huán)路補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗溯敵鲭姼袔淼念~外極點(diǎn)，因此采用標(biāo)準(zhǔn)的“II型”網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。

輔助電壓與同步功能

評(píng)估板中的輸出電感不僅平滑輸出電壓波形，還通過其次級(jí)繞組產(chǎn)生輔助電壓，這一特性降低了IC內(nèi)部的功耗，提高了可靠性和效率。此外，評(píng)估板可以與外部時(shí)鐘同步，推薦頻率范圍為275kHz至500kHz。

供電與負(fù)載注意事項(xiàng)

正確連接

在低輸入電壓下，評(píng)估板滿載時(shí)可吸取高達(dá)5A的電流，因此要確保輸入電源有足夠的電流能力。最大額定輸出電流為10A，連接電源和負(fù)載時(shí)要選擇正確的連接器和線徑。同時(shí)，要監(jiān)測(cè)評(píng)估板的輸入和輸出電流，以及直接在輸出端子處的電壓，因?yàn)樨?fù)載連接線上的電壓降會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，這在精確測(cè)量效率時(shí)尤為重要。

電源要求

評(píng)估板可視為恒功率負(fù)載，在低輸入線電壓（16V）下，穩(wěn)態(tài)輸入電流通?？蛇_(dá)3.75A，而在高輸入線電壓（32V）下，輸入電流約為1.9A。因此，要全面測(cè)試該評(píng)估板，需要一個(gè)至少50V和5A的直流電源，且電源必須具備電壓和電流調(diào)節(jié)功能，電源和電纜對(duì)評(píng)估板應(yīng)呈現(xiàn)低阻抗，否則在電源上電時(shí)，由于評(píng)估板的浪涌電流，可能會(huì)導(dǎo)致電壓下降，引發(fā)振蕩或抖動(dòng)現(xiàn)象。

負(fù)載操作

使用電子負(fù)載時(shí)，強(qiáng)烈建議先在輕載下給評(píng)估板上電，然后緩慢增加負(fù)載。因?yàn)榇蠖鄶?shù)電子負(fù)載在電源輸出電壓達(dá)到內(nèi)部設(shè)定點(diǎn)之前不會(huì)吸取電流，這可能導(dǎo)致軟啟動(dòng)功能無法正常工作，并觸發(fā)電流檢測(cè)比較器。如果要在最大負(fù)載下給評(píng)估板上電，可以使用電阻排，以確保軟啟動(dòng)和正常運(yùn)行。但使用電阻排時(shí)要注意，最大負(fù)載電阻為0.5Ω，電阻的功率和電流額定值必須適合10A、60W的電源，同時(shí)要始終監(jiān)測(cè)電流和電壓，并確保負(fù)載有足夠的冷卻。

氣流要求

在沒有提供指定的200LFM（線性英尺每分鐘）氣流的情況下，切勿對(duì)評(píng)估板進(jìn)行滿功率加載，應(yīng)配備獨(dú)立風(fēng)扇。

上電操作

建議將電源的電流限制設(shè)置為負(fù)載功率的約1.5倍。如果電源的電流限制設(shè)置不足以滿足負(fù)載需求，可能會(huì)導(dǎo)致類似高源阻抗的情況，引發(fā)振蕩或抖動(dòng)，影響評(píng)估板的正常運(yùn)行?？焖龠M(jìn)行效率檢查是確認(rèn)一切正常運(yùn)行的最佳方法。

過流保護(hù)

評(píng)估板配置了打嗝式過流保護(hù)。當(dāng)輸出過載（約14A @ 16V輸入）時(shí)，單元會(huì)放電軟啟動(dòng)電容，禁用功率級(jí)。經(jīng)過一段時(shí)間延遲后，軟啟動(dòng)恢復(fù)。軟啟動(dòng)電容的關(guān)斷、延遲和緩慢充電時(shí)間保護(hù)了單元，特別是在短路事件中，此時(shí)應(yīng)力最大。

性能特性

電路上電正常運(yùn)行后，輸出電壓穩(wěn)定在5.0V，其精度由反饋電阻和IC內(nèi)部的帶隙參考電壓決定。當(dāng)負(fù)載電流從5A變化到10A時(shí)，穩(wěn)壓器輸出變化應(yīng)小于100mV。工作頻率選擇為250kHz，這是在板尺寸和效率之間的良好折衷。在24V和10A時(shí)，電源轉(zhuǎn)換器的效率測(cè)量值為88%。

波形分析

軟啟動(dòng)波形

上電時(shí)，軟啟動(dòng)電容值和其他組件確保輸出電壓在短時(shí)間內(nèi)線性增加，直到反饋回路穩(wěn)定且無過沖。建議在捕獲軟啟動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)使用電阻負(fù)載，避免使用電子負(fù)載，因?yàn)殡娮迂?fù)載可能存在一些特性，如在輸出達(dá)到一定電壓之前不提供負(fù)載電阻，這偶爾會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)瞬態(tài)現(xiàn)象。

輸出紋波波形

在24V輸入和10A負(fù)載下，直接跨接在輸出電容上可看到典型的輸出紋波波形，該波形適用于大多數(shù)負(fù)載和輸入電壓情況。

瞬態(tài)響應(yīng)波形

當(dāng)負(fù)載從5A變化到10A時(shí)，輸出電壓的下降和過沖最小。

漏極電壓波形

在5A負(fù)載下，Q1的漏極電壓波形顯示，當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，漏極電壓為輸入電壓的兩倍，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，漏極電壓等于輸入電壓。

軟停止波形

通過將UVLO電壓設(shè)置在0.4V和1.25V之間可實(shí)現(xiàn)軟停止功能。

PCB布局與物料清單

文檔還提供了評(píng)估板的PCB布局圖，包括底層、底層絲印、中間層1、中間層2、頂層和頂層絲印。同時(shí)，詳細(xì)列出了物料清單，包括電容、電阻、二極管、電感、變壓器、MOSFET、IC控制器和端子等元件的型號(hào)、參數(shù)和制造商信息。

總結(jié)

LM25037評(píng)估板為工程師提供了一個(gè)全面的平臺(tái)，用于評(píng)估LM25037控制器在推挽拓?fù)潆娫崔D(zhuǎn)換器中的性能。通過正確的供電和負(fù)載操作，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓和較高的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)這些特性和注意事項(xiàng)，靈活設(shè)計(jì)和優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換電路。各位工程師在使用這款評(píng)估板時(shí)，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。